JP6863368B2 - Signal processing equipment and methods, image sensors, and electronic devices - Google Patents
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Description
本開示は、信号処理装置および方法、撮像素子、並びに電子機器に関し、特に、面積の増大を抑制することができるようにした信号処理装置および方法、撮像素子、並びに電子機器に関する。 The present disclosure relates to signal processing devices and methods, image pickup devices, and electronic devices, and more particularly to signal processing devices and methods, image pickup devices, and electronic devices capable of suppressing an increase in area.
シングルスロープ積分型A/D変換用の参照信号の傾きを高精度に制御できるD/A変換装置として、ゲイン制御D/A変換回路で電流制御した電流源セルを順次選択し、基準抵抗へ流れる電流を変化させるD/A変換回路が提案されている(例えば、特許文献1参照)。このD/A変換回路では、非選択の電流源セルの電流は基準電圧に流すことで、総電流を一定とする仕組みが採用されている。 As a D / A conversion device that can control the slope of the reference signal for single slope integration type A / D conversion with high accuracy, the current source cells whose current is controlled by the gain control D / A conversion circuit are sequentially selected and flowed to the reference resistance. A D / A conversion circuit that changes the current has been proposed (see, for example, Patent Document 1). In this D / A conversion circuit, a mechanism is adopted in which the total current is kept constant by passing the current of the non-selective current source cell to the reference voltage.
しかしながら、この方法の場合、例えば適応ゲインマルチスロープA/D変換器やマルチスロープA/D変換器等のように同時に複数系統の参照信号が必要になると、参照信号を生成するために系統毎にD/A変換器が必要であった。したがって、参照信号の系統数が増大するに従って、回路面積が増大するおそれがあった。 However, in the case of this method, when multiple systems of reference signals are required at the same time, such as an adaptive gain multi-slope A / D converter and a multi-slope A / D converter, each system is used to generate a reference signal. A D / A converter was needed. Therefore, as the number of reference signal systems increases, the circuit area may increase.
本開示は、このような状況に鑑みてなされたものであり、面積の増大を抑制することができるようにするものである。 The present disclosure has been made in view of such a situation, and makes it possible to suppress an increase in area.
本技術の一側面の信号処理装置は、デジタル信号をアナログ信号に変換するD/A変換部であって、ゲインを制御するゲイン制御信号を受けて生成される所定の電流を、入力されたデジタル信号の値に応じて第1の出力電流と第1の非出力電流に分割し、前記第1の非出力電流を前記デジタル信号の値に応じて第2の出力電流と第2の非出力電流に分割し、前記第1の出力電流および前記第2の出力電流をそれぞれアナログ信号として出力する第1のD/A変換部を備える信号処理装置である。 The signal processing device of one aspect of the present technology is a D / A conversion unit that converts a digital signal into an analog signal, and is a digital input that receives a predetermined current generated by receiving a gain control signal that controls the gain. It is divided into a first output current and a first non-output current according to the value of the signal, and the first non-output current is divided into a second output current and a second non-output current according to the value of the digital signal. It is a signal processing device including a first D / A conversion unit which is divided into the above and outputs the first output current and the second output current as analog signals, respectively.
前記デジタル信号の値は、時間方向に、前記第1の出力電流を増大させ、かつ、前記第2の出力電流を低減させるように変化するようにすることができる。 The value of the digital signal can be changed in the time direction so as to increase the first output current and decrease the second output current.
前記デジタル信号の値は、時間方向に、前記第1の出力電流および前記第2の出力電流を増大させるように変化するようにすることができる。 The value of the digital signal can be made to change in the time direction so as to increase the first output current and the second output current.
前記ゲイン制御信号を受けて前記電流を生成する電流源をさらに備えることができる。 A current source that receives the gain control signal and generates the current can be further provided.
前記第1のD/A変換部は、前記デジタル信号を制御信号として駆動し、前記アナログ信号が出力される複数の出力端子のそれぞれに接続される各信号線、並びに、電圧源に接続される信号線と、前記電流源との接続を制御するスイッチを有することができる。 The first D / A conversion unit drives the digital signal as a control signal, and is connected to each signal line connected to each of a plurality of output terminals to which the analog signal is output, and a voltage source. It may have a switch that controls the connection between the signal line and the current source.
前記第1のD/A変換部は、並列に構成される複数の前記スイッチを有し、各信号線と前記電流源とを接続する前記スイッチの数の比に応じて、前記電流を、前記複数の出力電流および前記非出力電流に分割することができる。 The first D / A conversion unit has a plurality of the switches configured in parallel, and transfers the current according to the ratio of the number of the switches connecting each signal line and the current source. It can be divided into a plurality of output currents and the non-output current.
複数の前記出力電流のそれぞれに対して、前記出力電流を電圧に変換する抵抗をさらに備えることができる。 For each of the plurality of output currents, a resistor for converting the output current into a voltage can be further provided.
各出力電流に対応する前記抵抗の抵抗値は、互いに異なるようにすることができる。 The resistance values of the resistors corresponding to each output current can be different from each other.
デジタル信号をアナログ信号に変換する変換部であって、ゲインを制御するゲイン制御信号を受けて生成される所定の電流を、入力された前記デジタル信号の値に応じて単数の出力電流および非出力電流に分割し、前記出力電流を用いて、前記第1のD/A変換部より出力されるアナログ信号の信号レベルを制御する第2のD/A変換部をさらに備えることができる。 A conversion unit that converts a digital signal into an analog signal, and a predetermined current generated by receiving a gain control signal that controls the gain, with a single output current and non-output according to the value of the input digital signal. A second D / A conversion unit that divides into currents and uses the output current to control the signal level of the analog signal output from the first D / A conversion unit can be further provided.
前記ゲイン制御信号を生成して前記第1のD/A変換部に供給し、ゲインを制御するゲイン制御部をさらに備えることができる。 A gain control unit that generates the gain control signal and supplies it to the first D / A conversion unit to control the gain can be further provided.
前記デジタル信号を生成し、前記第1のD/A変換部に供給するデジタル信号生成部をさらに備えることができる。 A digital signal generation unit that generates the digital signal and supplies it to the first D / A conversion unit can be further provided.
前記第1のD/A変換部より出力される前記複数のアナログ信号を参照信号として利用して、アナログ信号をデジタル信号に変換するA/D変換部をさらに備えることができる。 An A / D conversion unit that converts an analog signal into a digital signal by using the plurality of analog signals output from the first D / A conversion unit as a reference signal can be further provided.
前記A/D変換部は、前記複数のアナログ信号を参照信号として利用することにより、ゲインを適応的に切り替えることができるように構成されるようにすることができる。 The A / D conversion unit can be configured so that the gain can be adaptively switched by using the plurality of analog signals as reference signals.
前記複数のアナログ信号は、互いに異なる前記A/D変換部により利用されるようにすることができる。 The plurality of analog signals can be utilized by the A / D converters that are different from each other.
前記A/D変換部は、複数の単位画素が行列状に配置される画素アレイのカラム毎に備えられ、自身に対応するカラムの各画素から読み出された画素信号を、アナログ信号からデジタル信号に変換することができる。 The A / D conversion unit is provided for each column of the pixel array in which a plurality of unit pixels are arranged in a matrix, and a pixel signal read from each pixel of the column corresponding to itself is converted from an analog signal to a digital signal. Can be converted to.
前記A/D変換部は、複数の単位画素が行列状に配置される画素アレイのエリア毎に備えられ、自身に対応するエリアの各画素から読み出された画素信号を、アナログ信号からデジタル信号に変換することができる。 The A / D conversion unit is provided for each area of the pixel array in which a plurality of unit pixels are arranged in a matrix, and a pixel signal read from each pixel in the area corresponding to itself is converted from an analog signal to a digital signal. Can be converted to.
本技術の一側面の信号処理方法は、ゲインを制御するゲイン制御信号を受けて生成される所定の電流を、入力されたデジタル信号の値に応じて第1の出力電流と第1の非出力電流に分割し、前記第1の非出力電流を前記デジタル信号の値に応じて第2の出力電流と第2の非出力電流に分割し、前記第1の出力電流および前記第2の出力電流をそれぞれアナログ信号として出力する信号処理方法である。 In the signal processing method of one aspect of the present technology, a predetermined current generated by receiving a gain control signal for controlling the gain is subjected to a first output current and a first non-output according to the value of the input digital signal. It is divided into currents, and the first non-output current is divided into a second output current and a second non-output current according to the value of the digital signal, and the first output current and the second output current are divided. Is a signal processing method that outputs each as an analog signal.
本技術の他の側面の撮像素子は、複数の単位画素が行列状に配置される画素アレイと、デジタル信号をアナログ信号に変換するD/A変換部であって、ゲインを制御するゲイン制御信号を受けて生成される所定の電流を、入力されたデジタル信号の値に応じて第1の出力電流と第1の非出力電流に分割し、前記第1の非出力電流を前記デジタル信号の値に応じて第2の出力電流と第2の非出力電流に分割し、前記第1の出力電流および前記第2の出力電流をそれぞれアナログ信号として出力するD/A変換部と、前記D/A変換部より出力される前記複数のアナログ信号を参照信号として利用して、アナログ信号である前記画素アレイから読み出された画素信号をデジタル信号に変換するA/D変換部とを備える撮像素子である。 The image pickup elements on the other side of the present technology are a pixel array in which a plurality of unit pixels are arranged in a matrix and a D / A conversion unit that converts a digital signal into an analog signal, and is a gain control signal that controls the gain. The predetermined current generated in response to the above is divided into a first output current and a first non-output current according to the value of the input digital signal, and the first non-output current is divided into the value of the digital signal. A D / A conversion unit that divides into a second output current and a second non-output current and outputs the first output current and the second output current as analog signals, respectively, and the D / A. An image pickup device including an A / D conversion unit that converts a pixel signal read from the pixel array, which is an analog signal, into a digital signal by using the plurality of analog signals output from the conversion unit as a reference signal. is there.
本技術のさらに他の側面の電子機器は、被写体を撮像する撮像部と、前記撮像部による撮像により得られた画像データを画像処理する画像処理部とを備え、前記撮像部は、複数の単位画素が行列状に配置される画素アレイと、デジタル信号をアナログ信号に変換するD/A変換部であって、ゲインを制御するゲイン制御信号を受けて生成される所定の電流を、入力されたデジタル信号の値に応じて第1の出力電流と第1の非出力電流に分割し、前記第1の非出力電流を前記デジタル信号の値に応じて第2の出力電流と第2の非出力電流に分割し、前記第1の出力電流および前記第2の出力電流をそれぞれアナログ信号として出力するD/A変換部と、前記D/A変換部より出力される前記複数のアナログ信号を参照信号として利用して、アナログ信号である前記画素アレイから読み出された画素信号をデジタル信号に変換するA/D変換部とを備える電子機器である。 The electronic device on the other side of the present technology includes an imaging unit that images a subject and an image processing unit that processes image data obtained by imaging by the imaging unit, and the imaging unit is a plurality of units. A pixel array in which pixels are arranged in a matrix and a D / A converter that converts a digital signal into an analog signal, and a predetermined current generated by receiving a gain control signal that controls the gain is input. It is divided into a first output current and a first non-output current according to the value of the digital signal, and the first non-output current is divided into a second output current and a second non-output current according to the value of the digital signal. A reference signal is a D / A conversion unit that divides into a current and outputs the first output current and the second output current as analog signals, and the plurality of analog signals output from the D / A conversion unit. It is an electronic device including an A / D conversion unit that converts a pixel signal read from the pixel array, which is an analog signal, into a digital signal.
本技術の一側面の信号処理装置および方法においては、ゲインを制御するゲイン制御信号を受けて生成される所定の電流が、入力されたデジタル信号の値に応じて複数の出力電流および非出力電流に分割され、その複数の出力電流が複数のアナログ信号として出力される。 In the signal processing device and method of one aspect of the present technology, a predetermined current generated by receiving a gain control signal for controlling gain has a plurality of output currents and non-output currents depending on the value of the input digital signal. It is divided into two, and the plurality of output currents are output as a plurality of analog signals.
本技術の他の側面の撮像素子においては、ゲインを制御するゲイン制御信号を受けて生成される所定の電流が、デジタル信号の値に応じて複数の出力電流および非出力電流に分割され、その複数の出力電流がそれぞれアナログ信号とされ、その複数のアナログ信号が参照信号として利用されて、複数の単位画素が行列状に配置される画素アレイから読み出されたアナログ信号の画素信号がデジタル信号に変換される。 In the image pickup element on the other side of the present technology, a predetermined current generated by receiving the gain control signal for controlling the gain is divided into a plurality of output currents and non-output currents according to the value of the digital signal, and the current is divided into a plurality of output currents and non-output currents. Each of the plurality of output currents is regarded as an analog signal, the plurality of analog signals are used as reference signals, and the pixel signal of the analog signal read from the pixel array in which a plurality of unit pixels are arranged in a matrix is a digital signal. Is converted to.
本技術のさらに他の側面の電子機器においては、ゲインを制御するゲイン制御信号を受けて生成される所定の電流が、デジタル信号の値に応じて複数の出力電流および非出力電流に分割され、その複数の出力電流がそれぞれアナログ信号とされ、その複数のアナログ信号が参照信号として利用されて、複数の単位画素が行列状に配置される画素アレイから読み出されたアナログ信号の画素信号がデジタル信号に変換され、そのデジタル信号からなる画像データが画像処理される。 In an electronic device of yet another aspect of the present technology, a predetermined current generated by receiving a gain control signal for controlling a gain is divided into a plurality of output currents and non-output currents according to the value of the digital signal. Each of the plurality of output currents is regarded as an analog signal, the plurality of analog signals are used as a reference signal, and the pixel signal of the analog signal read from the pixel array in which a plurality of unit pixels are arranged in a matrix is digital. It is converted into a signal, and image data composed of the digital signal is image-processed.
本開示によれば、信号を処理することができる。特に、面積の増大を抑制することができる。 According to the present disclosure, signals can be processed. In particular, it is possible to suppress an increase in area.
以下、本開示を実施するための形態(以下実施の形態とする)について説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
1.第1の実施の形態(撮像素子)
2.第2の実施の形態(列並列処理部)
3.第3の実施の形態(参照信号生成部)
4.その他Hereinafter, embodiments for carrying out the present disclosure (hereinafter referred to as embodiments) will be described. The explanation will be given in the following order.
1. 1. First Embodiment (Image Sensor)
2. Second embodiment (column parallel processing unit)
3. 3. Third Embodiment (Reference signal generation unit)
4. Other
<1.第1の実施の形態>
<複数の参照信号の生成>
従来、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサにおけるA/D(Analog / Digital)変換には、スロープ信号を参照電圧として画像信号と比較器で比較し、比較器の出力が反転するまでの時間をカウントする、スロープ方式A/D変換器が広く利用されている。さらに、画素列ごと複数個のA/D変換器を配列して同時にA/D変換をするカラムA/D変換器は、A/D変換器1個あたりの動作周波数を落として低ノイズ・高速を両立できることや、参照電圧を各A/D変換器で共有するため面積・消費電力効率が良く、他のA/D変換方式と比較してCMOSイメージセンサとの相性が良い。<1. First Embodiment>
<Generation of multiple reference signals>
Conventionally, in A / D (Analog / Digital) conversion in a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) image sensor, the slope signal is used as a reference voltage to compare the image signal with the comparator, and the time until the output of the comparator is inverted is calculated. Slope A / D converters that count are widely used. Furthermore, the column A / D converter, which arranges multiple A / D converters for each pixel string and performs A / D conversion at the same time, reduces the operating frequency of each A / D converter to achieve low noise and high speed. The area and power consumption efficiency are good because the reference voltage is shared by each A / D converter, and the compatibility with the CMOS image sensor is good compared to other A / D conversion methods.
シングルスロープ積分型A/D変換用の参照信号の傾きを高精度に制御できるD/A(Digital / Analog)変換装置として、ゲイン制御D/A変換回路で電流制御した電流源セルを順次選択し、基準抵抗へ流れる電流を変化させるD/A変換回路が提案されている(特許文献1参照)。この先願では、非選択の電流源セルの電流は基準電圧に流すことで、総電流を一定とする仕組みを採用している。総電流を一定にすることで、電圧レベルに寄らず電源電圧降下が一定となるため参照信号の線形性が解善し、更に静定時間を短縮するなどの効果がある。 As a D / A (Digital / Analog) conversion device that can control the tilt of the reference signal for single-slope integration type A / D conversion with high accuracy, the current source cells whose current is controlled by the gain control D / A conversion circuit are sequentially selected. , A D / A conversion circuit that changes the current flowing through the reference resistor has been proposed (see Patent Document 1). In this prior application, a mechanism is adopted in which the total current is kept constant by passing the current of the non-selective current source cell to the reference voltage. By making the total current constant, the power supply voltage drop becomes constant regardless of the voltage level, so that the linearity of the reference signal is improved and the statically indeterminate time is shortened.
しかしながら、適応ゲインマルチスロープA/D変換器や、マルチスロープA/D変換器などの、同時に複数の参照信号を生成する必要がある場合、複数のD/A変換器必要であった。そのため、参照信号の系統数が増大するに従って、回路面積が増大するおそれがあった。回路面積が増大すると、その分、例えば、半導体基板を大きくしたり、画素アレイ(撮像領域)を小さくしたりする必要があった。そのため、コストが増大したり、画質が低減したりするおそれがあった。また、参照信号の系統数が増大するに従って、消費電力が増大するおそれがあった。そのため、コストが増大したり、バッテリ駆動の際の動作可能期間が短くなったり、耐用期間が短くなったりするおそれがあった。 However, when it is necessary to generate a plurality of reference signals at the same time, such as an adaptive gain multi-slope A / D converter and a multi-slope A / D converter, a plurality of D / A converters are required. Therefore, as the number of reference signal systems increases, the circuit area may increase. As the circuit area increases, for example, it is necessary to increase the size of the semiconductor substrate and reduce the size of the pixel array (imaging area). Therefore, there is a risk that the cost will increase and the image quality will decrease. Further, as the number of reference signal systems increases, the power consumption may increase. Therefore, there is a risk that the cost will increase, the operable period when the battery is driven will be shortened, and the service life will be shortened.
例えば、撮像素子の総電力3.0Wのうち、D/A変換回路が0.85Wを占める場合もあり、2倍の系統数を必要とする構成では面積・電力が大幅に増大することとなるおそれがあった。 For example, the D / A conversion circuit may occupy 0.85W of the total power of the image sensor of 3.0W, and the area and power may increase significantly in a configuration that requires twice the number of systems. there were.
<複数の参照信号の生成>
そこで、デジタル信号をアナログ信号に変換するD/A変換部において、ゲインを制御するゲイン制御信号を受けて生成される所定の電流を、入力されたデジタル信号の値に応じて複数の出力電流および非出力電流に分割し、その複数の出力電流を複数のアナログ信号として出力するようにする。<Generation of multiple reference signals>
Therefore, in the D / A conversion unit that converts a digital signal into an analog signal, a predetermined current generated by receiving the gain control signal that controls the gain is subjected to a plurality of output currents and a plurality of output currents according to the value of the input digital signal. It is divided into non-output currents, and the multiple output currents are output as multiple analog signals.
このようにすることにより、1つのD/A変換部によって複数のアナログ信号を出力することができ、面積や消費電力の増大を抑制することができる。 By doing so, it is possible to output a plurality of analog signals by one D / A conversion unit, and it is possible to suppress an increase in area and power consumption.
<撮像素子>
本技術を適用した撮像素子の一実施の形態であるイメージセンサの主な構成例を、図1に示す。図1に示されるイメージセンサ100は、被写体からの光を光電変換して画像データとして出力するデバイスである。例えば、イメージセンサ100は、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)を用いたCMOSイメージセンサ、CCD(Charge Coupled Device)を用いたCCDイメージセンサ等として構成される。<Image sensor>
FIG. 1 shows a main configuration example of an image sensor, which is an embodiment of an image sensor to which the present technology is applied. The
図1に示されるように、イメージセンサ100は、画素アレイ101、列並列処理部102、バス103、出力端子104、システム制御部111、行走査部112、および列走査部113を有する。
As shown in FIG. 1, the
画素アレイ101は、フォトダイオード等の光電変換素子を有する画素構成(単位画素)が平面状または曲面状に配置される画素領域である。図1の例の場合、N×M個の単位画素121(単位画素121−11乃至単位画素121−NM)が、N行M列の行列状(アレイ状)に並べられて配置されている。以下において、単位画素121−11乃至単位画素121−NMを互いに区別して説明する必要が無い場合、単位画素121と称する。単位画素121の並べ方は任意であり、例えば、所謂ハニカム構造等のように、行列状以外の並べ方であってもよい。
The
画素アレイ101の各単位画素121は、単位画素列(カラム)毎に垂直信号線122−1乃至垂直信号線122−Mに接続されている。以下において、垂直信号線122−1乃至垂直信号線122−Mを互いに区別して説明する必要が無い場合、垂直信号線122と称する。各単位画素121から読み出されたアナログ信号は、その単位画素列(カラム)に対応する垂直信号線122(垂直信号線122−1乃至垂直信号線122−Mのいずれか)を介して列並列処理部102に伝送される。
Each
列並列処理部102は、画素アレイ101の各単位画素121から垂直信号線122を介してカラム毎に伝送される信号をそのカラム毎に互いに独立に処理する。例えば、列並列処理部102は、画素アレイ101から読み出された各カラムのアナログ信号(例えば画素信号)をそれぞれA/D変換する。
The column
また、列並列処理部102は、信号線123−1乃至信号線123−Mによりカラム毎にバス103に接続されている。以下において、信号線123−1乃至信号線123−Mを互いに区別して説明する必要が無い場合、信号線123と称する。列並列処理部102は、得られた各カラムの信号処理結果(例えば各A/D変換により得られた各デジタルデータ)を、そのカラムに対応する信号線123(信号線123−1乃至信号線123−Mのいずれか)を介してバス103に供給する。
Further, the column
列並列処理部102から信号線123を介してバス103に供給された各デジタルデータは、そのバス103を介して順次出力端子104に転送され、その出力端子104を介してイメージセンサ100の外部に出力される。
Each digital data supplied from the column
システム制御部111は、制御線131を介して制御信号を供給することにより列並列処理部102を制御する。また、システム制御部111は、制御線132を介して制御信号を供給することにより行走査部112を制御する。また、システム制御部111は、制御線133を介して制御信号を供給することにより列走査部113を制御する。このように、イメージセンサ100の各部を制御することにより、システム制御部111は、イメージセンサ100全体の動作(各部の動作)を制御する。なお、図1においては、上述した制御線131乃至制御線133がそれぞれ1本の点線(点線矢印)により示されているが、これらの制御線はいずれも、複数の制御線により構成されるようにしてもよい。
The
行走査部112は、システム制御部111に制御されて、制御線124−1乃至制御線124−Nを介して制御信号を供給することにより、画素アレイ101の各単位画素121を単位画素行毎に制御する。なお、以下において、制御線124−1乃至制御線124−Nを互いに区別して説明する必要が無い場合、制御線124と称する。
The
つまり、単位画素121は、自身が属するカラムに割り当てられた垂直信号線122と、自身が属する単位画素行に割り当てられた制御線124とに接続されており、その制御線124を介して供給される制御信号に基づいて駆動し、自身において得られる電気信号を、その垂直信号線122を介して列並列処理部102に供給する。
That is, the
列走査部113は、システム制御部111に制御されて、制御線125−1乃至制御線125−Mを介して制御信号を供給することにより、列並列処理部102の動作をカラム毎に制御する。なお、以下において、制御線125−1乃至制御線125−Mを互いに区別して説明する必要が無い場合、制御線125と称する。
The column scanning unit 113 controls the operation of the column
なお、図1においては、各単位画素行の制御線124は1本の線として示されているが、この各単位画素行の制御線124が複数の制御線により構成されるようにしてもよい。また、各カラムの制御線125は1本の線として示されているが、この各カラムの制御線125が複数の制御線により構成されるようにしてもよい。
Although the
<単位画素構成>
図2は、単位画素121の回路構成の主な構成の例を示す図である。図2に示されるように、単位画素121は、フォトダイオード(PD)151、転送トランジスタ152、リセットトランジスタ153、増幅トランジスタ154、選択トランジスタ155、およびフローティングディフュージョン(FD)156を有する。<Unit pixel configuration>
FIG. 2 is a diagram showing an example of a main configuration of the circuit configuration of the
フォトダイオード151は、受光した光をその光量に応じた電荷量の光電荷(ここでは、光電子)に光電変換してその光電荷を蓄積する。その蓄積された光電荷は、所定のタイミングにおいて読み出される。フォトダイオード151のアノード電極は画素領域のグランド(画素グランド)に接続され、カソード電極は転送トランジスタ152を介してフローティングディフュージョン156に接続されている。また、例えば、フォトダイオード151のカソード電極が画素領域の電源(画素電源)に接続され、アノード電極が転送トランジスタ152を介してフローティングディフュージョン156に接続され、光電荷が光正孔として読み出される方式としてもよい。
The
転送トランジスタ152は、フォトダイオード151からの光電荷の読み出しを制御する。転送トランジスタ152は、ドレイン電極がフローティングディフュージョンに接続され、ソース電極がフォトダイオード151のカソード電極に接続される。また、転送トランジスタ152のゲート電極には、行走査部112から供給される転送制御信号を伝送する転送制御線(TRF)が接続される。この転送制御線(TRF)は、図1の制御線124に含まれる制御線である。転送制御線(TRF)の信号(すなわち、転送トランジスタ152のゲート電位)がオフ状態のとき、フォトダイオード151からの光電荷の転送が行われない(フォトダイオード151において光電荷が蓄積される)。これに対して、転送制御線(TRF)の信号がオン状態のとき、フォトダイオード151に蓄積された光電荷がフローティングディフュージョン156に転送される。
The
リセットトランジスタ153は、フローティングディフュージョン156の電位をリセットする。リセットトランジスタ153は、ドレイン電極が電源電位に接続され、ソース電極がフローティングディフュージョン156に接続される。また、リセットトランジスタ153のゲート電極には、行走査部112から供給されるリセット制御信号を伝送するリセット制御線(RST)が接続される。このリセット制御線(RST)は、図1の制御線124に含まれる制御線である。リセット制御線(RST)の信号(すなわち、リセットトランジスタ153のゲート電位)がオフ状態のとき、フローティングディフュージョン156は電源電位と切り離されている。これに対して、リセット制御線(RST)の信号がオン状態のとき、フローティングディフュージョン156の電荷が電源電位に捨てられ、フローティングディフュージョン156がリセットされる。
The reset transistor 153 resets the potential of the floating
増幅トランジスタ154は、フローティングディフュージョン156の電位変化を増幅し、電気信号(アナログ信号)として出力する。増幅トランジスタ154は、ゲート電極がフローティングディフュージョン156に接続され、ドレイン電極がソースフォロワ電源電圧に接続され、ソース電極が選択トランジスタ155のドレイン電極に接続されている。例えば、増幅トランジスタ154は、リセットトランジスタ153によってリセットされたフローティングディフュージョン156の電位をリセット信号(リセットレベル)として選択トランジスタ155に出力する。また、増幅トランジスタ154は、転送トランジスタ152によって光電荷が転送されたフローティングディフュージョン156の電位を光蓄積信号(信号レベル)として選択トランジスタ155に出力する。
The
選択トランジスタ155は、増幅トランジスタ154から供給される電気信号の垂直信号線(VSL)122(すなわち、列並列処理部102)への出力を制御する。選択トランジスタ155は、ドレイン電極が増幅トランジスタ154のソース電極に接続され、ソース電極が垂直信号線122に接続されている。また、選択トランジスタ155のゲート電極には、行走査部112から供給されるセレクト制御信号を伝送するセレクト制御線(SEL)が接続される。このセレクト制御線(SEL)は、図1の制御線125に含まれる制御線である。
The
セレクト制御線(SEL)の信号(すなわち、選択トランジスタ155のゲート電位)がオフ状態のとき、増幅トランジスタ154と垂直信号線122は電気的に切り離されている。したがって、この状態のとき、当該単位画素121からリセット信号や画素信号等が出力されない。これに対して、セレクト制御線(SEL)がオン状態のとき、当該単位画素121が選択状態となる。つまり、増幅トランジスタ154と垂直信号線122が電気的に接続され、増幅トランジスタ154から出力される信号が、当該単位画素121の信号として、垂直信号線122に供給される。すなわち、当該単位画素121からリセット信号や画素信号等が読み出される。
When the select control line (SEL) signal (that is, the gate potential of the selection transistor 155) is off, the
フローティングディフュージョン(FD)156は、フォトダイオード151から読み出された電荷を保持する電荷蓄積部である。上述したように、例えば、フローティングディフュージョン156の電位変化は、増幅トランジスタ154により増幅され、アナログ信号として出力される。また、例えば、フローティングディフュージョン156の電位は、リセットトランジスタ153によりリセットされる。
The floating diffusion (FD) 156 is a charge storage unit that holds the electric charge read from the
なお、単位画素121の構成は任意であり、図2の例に限定されない。例えば、5トランジスタ型の画素構成、フローティングディフュージョン共有型の画素構成、トランジスタ共有型の画素構成、メモリ搭載のグローバルシャッタ動作可能な画素構成等、様々な画素構成を適用することができる。
The configuration of the
<列並列処理部>
図3は、列並列処理部102の主な構成例を示す図である。図3に示されるように、列並列処理部102は、バイアス回路161−1乃至バイアス回路161−Mを有する。以下においてバイアス回路161−1乃至バイアス回路161−Mを互いに区別して説明する必要がない場合、バイアス回路161と称する。バイアス回路161は、垂直信号線122毎(つまりカラム毎)に設けられている。各垂直信号線122は、自身に対応するバイアス回路161により所定の電圧レベルに制御される。<Column parallel processing unit>
FIG. 3 is a diagram showing a main configuration example of the column
また、列並列処理部102は、カラムA/D変換部162−1乃至カラムA/D変換部162−Mを有する。以下においてカラムA/D変換部162−1乃至カラムA/D変換部162−Mを互いに区別する必要がない場合、カラムA/D変換部162と称する。カラムA/D変換部162は、垂直信号線122毎(つまりカラム毎)に設けられており、自身が対応する垂直信号線122を介して供給されるアナログ信号(例えばそのカラムの各単位画素から供給される画素信号)をA/D変換する。カラムA/D変換部162は、そのA/D変換により得られたデジタル信号を、自身に対応する信号線123を介してバス103に供給する。
Further, the column
さらに、列並列処理部102は、参照信号生成部163、並びに、参照信号線164−1および参照信号線164−2を有する。参照信号生成部163は、各カラムA/D変換部162により利用される参照信号を生成する。参照信号生成部163は、参照信号1および参照信号2の2系統の参照信号を生成する。参照信号1および参照信号2は、ランプ波形の信号であり、その波形のスロープの傾きが互いに異なる。参照信号1は、参照信号線164−1を介して各カラムA/D変換部162に供給される。参照信号2は、参照信号線164−2を介して各カラムA/D変換部162に供給される。以下において、参照信号線164−1および参照信号線164−2を互いに区別して説明する必要がない場合、参照信号線164と称する。
Further, the column
カラムA/D変換部162は、このようなランプ波系の参照信号を利用して垂直信号線122を介して供給されるアナログ信号をA/D変換する。つまり、カラムA/D変換部162は、参照信号とアナログ信号とを比較し、その比較結果が反転するまでの期間の長さをデジタルデータ(すなわち、アナログ信号のA/D変換結果)として出力する。上述したように、参照信号1および参照信号2は、スロープの傾きが互いに異なる。カラムA/D変換部162は、2系統の参照信号(参照信号1および参照信号2)の内、A/D変換するアナログ信号に対してスロープの傾きが適切な方を選択して利用する。つまり、カラムA/D変換部162は、アナログ信号のA/D変換において、そのアナログ信号の信号レベルに応じて、参照信号のスロープの傾きを適応的に切り替えることができる。これにより、カラムA/D変換部162は、A/D変換するアナログ信号の信号レベルに関わらず、高速かつ高ダイナミックレンジの、より正確なA/D変換を実現することができる。
The column A / D conversion unit 162 A / D-converts an analog signal supplied via the
なお、図示は省略するが、参照信号生成部163は、制御線131を介してシステム制御部111から供給される制御信号(すなわち、システム制御部111の制御)に基づいて駆動する。また、カラムA/D変換部162は、列走査部113から制御線125を介して供給される制御信号(すなわち列走査部113の制御)に基づいて駆動する。
Although not shown, the reference
カラムA/D変換部162は、比較部171、カウンタ172、判定値ラッチ173、セレクタ174、キャパシタ175、およびキャパシタ176を有する。
The column A /
比較部171は、2つの入力端子に入力される各信号の信号レベルを比較し、その比較結果を1つの出力端子より出力する。比較部171の一方の入力端子は、キャパシタ175を介してセレクタ174に接続されており、参照信号1または参照信号2が入力される。また、比較部171の他方の入力端子には、キャパシタ176を介して垂直信号線122に接続されており、そのカラムの単位画素から供給されるアナログ信号が入力される。つまり、比較部171は、参照信号1または参照信号2の信号レベルと、垂直信号線122を介して供給されるアナログ信号の信号レベルとを比較する。比較部171はそのどちらの信号の信号レベルが大きいかを示す情報を、比較結果としてカウンタ172および判定値ラッチ173に供給する。
The
例えば、この比較結果は、1ビットのデジタルデータである。例えば、参照信号の信号レベルがアナログ信号の信号レベルより大きい場合、この比較結果の値が「0」となり、逆の場合、値が「1」となる。もちろんこの値の取り方は逆でもよい。また、この比較結果のビット長は任意であり、複数ビットからなる情報であってもよい。 For example, this comparison result is 1-bit digital data. For example, when the signal level of the reference signal is higher than the signal level of the analog signal, the value of this comparison result is "0", and in the opposite case, the value is "1". Of course, the method of taking this value may be reversed. Further, the bit length of this comparison result is arbitrary, and may be information composed of a plurality of bits.
カウンタ172は、入力端子が比較部171の出力端子に接続され、出力端子が、自身に対応するカラムの信号線123に接続されている。カウンタ172には、比較部171から比較結果が供給される。カウンタ172は、カウント開始からその比較結果が反転(比較部171の出力信号の信号レベルが変化)するまでの時間を計測(例えば、所定のクロック信号のクロック数をカウント)する。そして、カウンタ172は、その比較結果が反転した時点でそれまでのカウント値を、単位画素121から読み出されたアナログ信号のA/D変換結果(デジタルデータ)として、信号線123を介してバス103に供給する。
The
判定値ラッチ173は、比較部171から供給される比較結果を保持する。判定値ラッチ173は、その保持している比較結果、または、列走査部113(システム制御部111)の制御に従って、セレクタ174の動作(選択)を制御する制御信号を生成し、その制御信号をセレクタ174に供給する。
The
2入力1出力のセレクタ174は、その一方の入力端子が参照信号線164−1に接続され、他方の入力端子が参照信号線164−2に接続され、出力端子がキャパシタ175を介して比較部171の一方の入力端子に接続される。セレクタ174は、判定値ラッチ173から供給される制御信号に基づいて、比較部171に供給する参照信号を選択する。
In the 2-input 1-
キャパシタ175は、セレクタ174の出力端子と、比較部171の一方の入力端子との間に設けられている。キャパシタ176は、垂直信号線122と比較部171の他方の入力端子との間に設けられている。キャパシタ175およびキャパシタ176は、アナログ的な素子バラつきをキャンセルするアナログCDSのための容量素子である。
The
例えば、判定値ラッチ173は、相関二重サンプリング(CDS(Correlated Double Sampling))の第1P相において、セレクタ174に参照信号1を選択させ、第2P相において、セレクタ174に参照信号2を選択させる。比較部171は、リセット信号と、これらの参照信号とを順次比較する。つまり、リセット信号が各参照信号を用いてA/D変換される。
For example, the
また、例えば、判定値ラッチ173は、CDSのD相において、セレクタ174に画素信号の信号レベルに応じた参照信号を選択させる。つまり、セレクタ174は、比較結果(すなわちアナログ信号の信号レベルの大きさ)に応じて、参照信号1または参照信号2(すなわち参照信号のスロープの傾き)を選択する。そして、比較部171は、画素信号と、その選択された参照信号とを比較し、カウンタ172は、その比較結果が反転するまでの期間をカウントする。つまり、画素信号が、その信号レベルに応じた参照信号を用いてA/D変換される。
Further, for example, the
このようにすることにより、カラムA/D変換部162は、D相において、画素信号の信号レベルに対してより適切な参照信号(例えばより適切な傾きのスロープを有する参照信号)を用いて、画素信号のA/D変換を行うことができる。つまり、カラムA/D変換部162は、D相において不要な参照信号を用いたA/D変換を省略することができ、高速かつ高ダイナミックレンジの、より正確なA/D変換を実現することができる。
By doing so, the column A /
<参照信号生成部>
図4は、参照信号生成部163の主な構成例を示すブロック図である。図4に示されるように、参照信号生成部163は、定電圧生成部201、ゲイン制御デコーダ202、ゲイン制御D/A変換部203、およびカレントミラー204を有する。また、参照信号生成部163は、スロープD/A変換部T205、スロープD/A変換部B206(スロープD/A変換部B1)、スロープD/A変換部B207(スロープD/A変換部B2)、抵抗208、および抵抗209を有する。さらに、参照信号生成部163は、分周器211、NOTゲート212、シフトレジスタ213、分周器221、NOTゲート222、シフトレジスタ223、NOTゲート224、およびNOTゲート225を有する。<Reference signal generator>
FIG. 4 is a block diagram showing a main configuration example of the reference
定電圧生成部201は、定電圧Vbを生成し、ゲイン制御D/A変換部203に供給する。ゲイン制御デコーダ202は、システム制御部111から供給されるゲイン制御信号(図示せず)をデコードして(n+1)個のゲイン制御信号PGC[n:0]を生成し、それらをゲイン制御D/A変換部203に供給する。
The constant
ゲイン制御D/A変換部203は、定電圧生成部201より供給される定電圧Vbに応じた電流を生成し、ゲイン制御デコーダ202から供給されるゲイン制御信号PGC[n:0]の値に応じた割合で、その電流を電流Ipgcuと電流Ipgcに分割する。ゲイン制御D/A変換部203においては、定電圧Vbに応じた電流を生成し、その電流を電流Ipgcuまたは電流Ipgcに割り当てる構成が(n+1)個並列に設置されている。nは任意の自然数である。つまり、この構成の数は任意である。この(n+1)個の構成が、それぞれ、ゲイン制御信号PGC[n:0]の内の、自身に対応する値に応じて電流を割り当てることにより、全体として、定電圧Vbに応じた電流が、ゲイン制御信号PGC[n:0]の値に応じた割合で電流Ipgcuと電流Ipgcに分割される。換言するに、ゲイン制御信号がいずれのコードであっても電流Ipgcuと電流Ipgcの和(すなわち、定電圧Vbに応じた電流)は一定となる。電流Ipgcuはグランド(GND)に出力され、電流Ipgcは、カレントミラー204に供給される。
The gain control D /
カレントミラー204は、電流Ipgcを電流電圧変換し、バイアス電圧Vpgを生成する。このバイアス電圧Vpgは、スロープD/A変換部T205、スロープD/A変換部B206、およびスロープD/A変換部207に供給される。
The
スロープD/A変換部T205は、バイアス電圧Vpgに応じた電流Ittを生成し、その電流Ittを、デジタル信号TH1[k:0]およびデジタル信号xTH2[k:0]の値に応じた割合で、電流It1、電流It2、電流Ituに分割する。スロープD/A変換部T205においては、バイアス電圧Vpgに応じた電流Ittを生成し、その電流Ittを電流It1、電流It2、電流Ituのいずれかに割り当てる構成が(k+1)個並列に設置されている。kは任意の自然数である。つまり、この構成の数は任意である。この(k+1)個の構成が、それぞれ、デジタル信号TH1[k:0]およびデジタル信号xTH2[k:0]の内の、自身に対応する値に応じて電流Ittの割り当てを行うことにより、全体として、バイアス電圧Vpgに応じた電流Ittが、デジタル信号TH1[k:0]およびデジタル信号xTH2[k:0]の値に応じた割合で、電流It1、電流It2、電流Ituに分割される。換言するに、デジタル信号TH1[k:0]およびデジタル信号xTH2[k:0]の値に依らず、Itt=It1+It2+Ituとなる。 The slope D / A converter T205 generates a current Itt according to the bias voltage Vpg, and calculates the current Itt at a ratio corresponding to the values of the digital signal TH1 [k: 0] and the digital signal xTH2 [k: 0]. , Current It1, Current It2, Current Itu. In the slope D / A conversion unit T205, (k + 1) configurations are installed in parallel to generate a current Itt according to the bias voltage Vpg and assign the current Itt to any of the current It1, the current It2, and the current Itu. There is. k is an arbitrary natural number. That is, the number of this configuration is arbitrary. This (k + 1) configuration is the whole by allocating the current Itt according to the value corresponding to itself in the digital signal TH1 [k: 0] and the digital signal xTH2 [k: 0], respectively. As a result, the current Itt according to the bias voltage Vpg is divided into the current It1, the current It2, and the current Itu at a ratio corresponding to the values of the digital signal TH1 [k: 0] and the digital signal xTH2 [k: 0]. In other words, Itt = It1 + It2 + Itu regardless of the values of the digital signal TH1 [k: 0] and the digital signal xTH2 [k: 0].
電流It1が流れる信号線には、抵抗値R1の抵抗208と参照信号線164−1が接続されており、電流It1は、抵抗208によって電圧に変換され、アナログ信号(参照信号1)として参照信号線164−1から出力される。また、電流It2が流れる信号線には、抵抗値R2の抵抗209と参照信号線164−2が接続されており、電流It2は、抵抗209によって電圧に変換され、アナログ信号(参照信号2)として参照信号線164−2から出力される。上述したように参照信号1および参照信号2は、カラムA/D変換部162に供給される。また、電流Ituが流れる信号線は、電源電位AVD(例えば3.3V)に接続される。
A
つまり、電流It1および電流It2は、出力される出力電流であり、電流Ituは、出力されない非出力電流(捨て電流とも称する)である。つまり、スロープD/A変換部T205は、バイアス電圧Vpgに応じた所定の電流Ittを生成し、その電流Ittを、デジタル信号TH1[k:0]およびデジタル信号xTH2[k:0]の値に応じた割合で、複数の出力電流(電流It1および電流It2)と、非出力電流(電流Itu)に分割する。そして、複数の出力電流は、電圧に変換され、アナログ信号(参照信号1および参照信号2)として出力される。
That is, the current It1 and the current It2 are the output currents that are output, and the current Itu is the non-output current (also referred to as the discard current) that is not output. That is, the slope D / A conversion unit T205 generates a predetermined current Itt according to the bias voltage Vpg, and converts the current Itt into the values of the digital signal TH1 [k: 0] and the digital signal xTH2 [k: 0]. It is divided into multiple output currents (current It1 and current It2) and non-output currents (current Itu) at appropriate ratios. Then, the plurality of output currents are converted into voltages and output as analog signals (
スロープD/A変換部B206(スロープD/A変換部B1)は、参照信号1用のバイナリコード電流源である。スロープD/A変換部B206は、バイアス電圧Vpgに応じた電流Itb1を生成し、その電流Itb1を、デジタル信号CK1[4:0]の値に応じた割合で、電流Ib1と電流Ibu1とに分割する。スロープD/A変換部B206は、この電流Ib1により、例えば、参照信号1の信号レベルの下位ビットを制御する。スロープD/A変換部B206においては、バイアス電圧Vpgに応じた電流Itb1を生成し、その電流Itb1を電流Ib1または電流Ibu1に割り当てる構成が5個並列に設置されている。この5個の構成が、それぞれ、デジタル信号CK1[4:0]の内の、自身に対応する値に応じて電流Itb1の割り当てを行うことにより、全体として、バイアス電圧Vpgに応じた電流Itb1が、デジタル信号CK1[4:0]の値に応じた割合で、電流Ib1と電流Ibu1とに分割される。換言するに、デジタル信号CK1[4:0]の値に依らず、Itb1=Ib1+Ibu1となる。この場合、スロープD/A変換部B206は、例えば、参照信号1の信号レベルの下位5ビットを制御する。
The slope D / A conversion unit B206 (slope D / A conversion unit B1) is a binary code current source for the
同様に、スロープD/A変換部B207(スロープD/A変換部B2)は、参照信号2用のバイナリコード電流源である。スロープD/A変換部B207は、バイアス電圧Vpgに応じた電流Itb2を生成し、その電流Itb2を、デジタル信号CK2[4:0]の値に応じた割合で、電流Ib2と電流Ibu2とに分割する。スロープD/A変換部B207は、この電流Ib2により、例えば、参照信号2の信号レベルの下位ビットを制御する。スロープD/A変換部B207においては、バイアス電圧Vpgに応じた電流Itb2を生成し、その電流Itb2を電流Ib2または電流Ibu2に割り当てる構成が5個並列に設置されている。この5個の構成が、それぞれ、デジタル信号CK2[4:0]の内の、自身に対応する値に応じて電流Itb2の割り当てを行うことにより、全体として、バイアス電圧Vpgに応じた電流Itb2が、デジタル信号CK2[4:0]の値に応じた割合で、電流Ib2と電流Ibu2とに分割される。換言するに、デジタル信号CK2[4:0]の値に依らず、Itb2=Ib2+Ibu2となる。この場合、スロープD/A変換部B207は、例えば、参照信号2の信号レベルの下位5ビットを制御する。
Similarly, the slope D / A conversion unit B207 (slope D / A conversion unit B2) is a binary code current source for the
電流Ib1は、抵抗208によって電圧に変換され、アナログ信号(参照信号1)として参照信号線164−1から出力される。参照信号1の電圧は、AVD−(It1+Ib1)×R1となる。電流Ib2は、抵抗209によって電圧に変換され、アナログ信号(参照信号2)として参照信号線164−2から出力される。参照信号2の電圧は、AVD−(It2+Ib2)×R2となる。なお、電流Ibu1が流れる信号線、および、電流Ibu2が流れる信号線は、電源電位AVD(例えば3.3V)に接続される。
The current Ib1 is converted into a voltage by the
つまり、電流Ib1は、出力される出力電流であり、電流Ibu1は、出力されない非出力電流(捨て電流とも称する)である。つまり、スロープD/A変換部B206は、バイアス電圧Vpgに応じた所定の電流Itb1を生成し、その電流Itb1を、デジタル信号CK1[4:0]の値に応じた割合で、単数の出力電流(電流Ib1)と、非出力電流(電流Ibu1)に分割する。そして、この単数の出力電流(電流Ib1)は、電圧に変換され、アナログ信号(参照信号1)として出力される。つまり、スロープD/A変換部B206は、この単数の出力電流(電流Ib1)を用いて、スロープD/A変換部T205より出力されるアナログ信号(参照信号1)の信号レベルを制御する。 That is, the current Ib1 is the output current that is output, and the current Ibu1 is the non-output current that is not output (also referred to as the discard current). That is, the slope D / A conversion unit B206 generates a predetermined current Itb1 according to the bias voltage Vpg, and the current Itb1 is converted into a single output current at a ratio corresponding to the value of the digital signal CK1 [4: 0]. It is divided into (current Ib1) and non-output current (current Ibu1). Then, this singular output current (current Ib1) is converted into a voltage and output as an analog signal (reference signal 1). That is, the slope D / A conversion unit B206 uses this singular output current (current Ib1) to control the signal level of the analog signal (reference signal 1) output from the slope D / A conversion unit T205.
同様に、電流Ib2は、出力される出力電流であり、電流Ibu2は、出力されない非出力電流(捨て電流とも称する)である。つまり、スロープD/A変換部B207は、バイアス電圧Vpgに応じた所定の電流Itb2を生成し、その電流Itb2を、デジタル信号xCK2[4:0]の値に応じた割合で、単数の出力電流(電流Ib2)と、非出力電流(電流Ibu2)に分割する。そして、この単数の出力電流(電流Ib2)は、電圧に変換され、アナログ信号(参照信号2)として出力される。つまり、スロープD/A変換部B207は、この単数の出力電流(電流Ib2)を用いて、スロープD/A変換部T205より出力されるアナログ信号(参照信号2)の信号レベルを制御する。 Similarly, the current Ib2 is the output current that is output, and the current Ibu2 is the non-output current (also referred to as the discard current) that is not output. That is, the slope D / A conversion unit B207 generates a predetermined current Itb2 according to the bias voltage Vpg, and uses the current Itb2 as a single output current at a ratio corresponding to the value of the digital signal xCK2 [4: 0]. It is divided into (current Ib2) and non-output current (current Ibu2). Then, this singular output current (current Ib2) is converted into a voltage and output as an analog signal (reference signal 2). That is, the slope D / A conversion unit B207 uses this singular output current (current Ib2) to control the signal level of the analog signal (reference signal 2) output from the slope D / A conversion unit T205.
なお、スロープD/A変換部B206およびスロープD/A変換部B207の並列数は任意であり、5個以外であってもよい。 The number of parallel slope D / A conversion units B206 and slope D / A conversion unit B207 is arbitrary and may be other than five.
抵抗208は、一方の端が電源電位AVDに接続され、他方の端が、電流It1が流れる信号線や参照信号1が流れる参照信号線164−1に接続される、抵抗値R1の抵抗である。つまり、抵抗208は、電流It1や電流Ib1を電圧に変換する。抵抗209は、一方の端が電源電位AVDに接続され、他方の端が、電流It2が流れる信号線や参照信号2が流れる参照信号線164−2に接続される、抵抗値R2の抵抗である。つまり、抵抗209は、電流It2や電流Ib2を電圧に変換する。抵抗208の抵抗値R1と抵抗209の抵抗値R2とが、互いに異なるようにしてもよい。
The
分周器211は、入力クロックINCKを分周し、デジタル信号CK1[4:0]を生成する。NOTゲート212は、その内、デジタル信号CK1[4]を反転させ、デジタル信号xCK1[4]を生成する。シフトレジスタ213は、そのデジタル信号xCK1[4]を用いてデジタル信号TH1[k:0]を生成する。シフトレジスタ213は、そのデジタル信号TH1[k:0]をスロープD/A変換部T205に供給する。また、分周器211は、生成したデジタル信号CK1[4:0]をスロープD/A変換部B206(スロープD/A変換部B1)に供給する。
The
分周器221は、入力クロックINCKを分周し、デジタル信号CK2[4:0]を生成する。分周器211と分周器221とで分周比を互いに異なる値とすることにより、デジタル信号CK1[4]とデジタル信号CK2[4]とを互いに異なる周波数とすることができる。NOTゲート222は、その内、デジタル信号CK2[4]を反転させ、デジタル信号xCK2[4]を生成する。シフトレジスタ223は、そのデジタル信号xCK2[4]を用いてデジタル信号TH2[k:0]を生成する。NOTゲート224は、そのデジタル信号TH2[k:0]を反転させ、デジタル信号xTH2[k:0]を生成する。NOTゲート224は、そのデジタル信号xTH2[k:0]をスロープD/A変換部T205に供給する。また、NOTゲート225は、分周器221により生成されたデジタル信号CK2[4:0]を反転させ、デジタル信号xCK2[4:0]を生成する。NOTゲート225は、生成したデジタル信号xCK2[4:0]をスロープD/A変換部B207(スロープD/A変換部B2)に供給する。
The
なお、図4において点線で示されるように、スロープD/A変換部T205に、抵抗208および抵抗209を加えて、スロープD/A変換部T231としてもよい。スロープD/A変換部T231は、デジタル信号TH1[k:0]およびデジタル信号xTH2[k:0]をD/A変換し、アナログ信号として、参照信号1および参照信号2を出力することができる。また、図4において点線で示されるように、スロープD/A変換部T231の構成に、スロープD/A変換部B206およびスロープD/A変換部B207を加えて、スロープD/A変換部232としてもよい。スロープD/A変換部232は、デジタル信号TH1[k:0]、デジタル信号xTH2[k:0]、デジタル信号CK1[4:0]、デジタル信号xCK2[4:0]をD/A変換し、アナログ信号として、下位ビットも含む参照信号1および参照信号2を出力することができる。
As shown by the dotted line in FIG. 4, a
なお、図4において点線で示されるように、定電圧生成部201、ゲイン制御デコーダ202、ゲイン制御D/A変換部203、および、カレントミラー204をまとめて、ゲイン制御部233としてもよい。ゲイン制御部233は、入力されるゲイン制御信号に応じてバイアス電圧Vpgを生成し、そのバイアス電圧VpgをスロープD/A変換部232(スロープD/A変換部T205、スロープD/A変換部B206、スロープD/A変換部B207)に供給する。
As shown by the dotted line in FIG. 4, the constant
また、図4において点線で示されるように、分周器211、NOTゲート212、シフトレジスタ213、分周器221、NOTゲート222、シフトレジスタ223、NOTゲート224、およびNOTゲート225をまとめて、デジタル信号生成部234としてもよい。デジタル信号生成部234は、入力クロックINCKを用いて、デジタル信号TH1[k:0]、デジタル信号xTH2[k:0]、デジタル信号CK1[4:0]、およびデジタル信号xCK2[4:0]を生成し、それらをスロープD/A変換部232に供給する。
Further, as shown by the dotted line in FIG. 4, the
<ゲイン制御D/A変換部>
図5は、ゲイン制御D/A変換部203の主な構成例を示す図である。図5においては、ゲイン制御D/A変換部203の、並列に配置される(n+1)個の構成の内の1つのみが示されている。その他のn個の構成も、図5に示される構成と同様であるので、それらについての説明は省略する。<Gain control D / A converter>
FIG. 5 is a diagram showing a main configuration example of the gain control D /
図5に示されるように、ゲイン制御D/A変換部203は、PMOS電流源251を有する。PMOS電流源251は、バイアス電圧として入力された定電圧Vbに応じた電流を生成する。また、ゲイン制御D/A変換部203は、スイッチ252およびスイッチ253を有する。スイッチ252およびスイッチ253は、並列に配置され、NOTゲート254を用いて、一方がオン(ON)の場合に、他方がオフ(OFF)となるように制御される。つまり、PMOS電流源251により生成された電流が流れる経路が選択される。例えば、スイッチ252がオン(スイッチ253がオフ)の場合、PMOS電流源251により生成された電流は、電流Ipgcuとして、グランド電位(GND)に向かって流れる。また、例えば、スイッチ252がオフ(スイッチ253がオン)の場合、PMOS電流源251により生成された電流は、電流Ipgcとして、カレントミラー204に向かって流れる。
As shown in FIG. 5, the gain control D /
スイッチ252およびスイッチ253の制御は、デジタル信号PGC[n:0]によって行われる。並列に配置された(n+1)個のこのような構成のそれぞれにおいて、PMOS電流源251により生成された電流が流れる経路が選択されることにより、PMOS電流源251により生成された電流が、デジタル信号PGC[n:0]の値に応じた割合で、電流Ipgcuと電流Ipgcとに分割される。
The control of the
<カレントミラー>
図6は、カレントミラー204の主な構成例を示す図である。図6に示されるように、カレントミラー204は、NMOSFET261を有し、このNMOSFET261により、電流Ipgcをバイアス電圧Vpgに変換する。バイアス電圧Vpgは、例えば、スロープD/A変換部T205、スロープD/A変換部B206、およびスロープD/A変換部B207に供給される。<Current mirror>
FIG. 6 is a diagram showing a main configuration example of the
<スロープD/A変換部T>
図7は、スロープD/A変換部T205の主な構成例を示す図である。図7においては、スロープD/A変換部T205の、並列に配置される(k+1)個の構成の内の1つのみが示されている。その他のk個の構成も、図7に示される構成と同様であるので、それらについての説明は省略する。<Slope D / A conversion unit T>
FIG. 7 is a diagram showing a main configuration example of the slope D / A conversion unit T205. In FIG. 7, only one of the (k + 1) configurations of the slope D / A conversion unit T205 arranged in parallel is shown. Since the other k configurations are the same as the configurations shown in FIG. 7, the description thereof will be omitted.
図7に示されるように、スロープD/A変換部T205は、NMOSスイッチ271、NMOSスイッチ272、NMOSスイッチ273、NOTゲート274、NORゲート275、NORゲート276、およびNMOS電流源277(NMOS電流源T)を有する。
As shown in FIG. 7, the slope D / A converter T205 includes an
NMOS電流源277は、バイアス電圧Vpgに応じた電流Ittを生成する。つまり、NMOS電流源277は、ゲイン制御信号を受けて所定の電流(電流Itt)を生成する。NMOSスイッチ271乃至NMOSスイッチ273は、その電流Ittの経路を制御する。NMOSスイッチ271は、NMOS電流源277と抵抗208との接続を制御する。すなわち、NMOSスイッチ271は、電流Ittを電流It1とするか否かを制御する。NMOSスイッチ272は、NMOS電流源277と抵抗209との接続を制御する。すなわち、NMOSスイッチ272は、電流Ittを電流It2とするか否かを制御する。NMOSスイッチ273は、NMOS電流源277と電源電位AVDとの接続を制御する。すなわち、NMOSスイッチ273は、電流Ittを電流Ituとするか否かを制御する。
The NMOS
NMOSスイッチ271乃至NMOSスイッチ273は、デジタル信号TH1[k:0]およびデジタル信号xTH2[k:0]により、いずれか1つがオンになるように制御される。シフトレジスタ213から供給されるデジタル信号TH1[k:0]は、NMOSスイッチ271のゲート、NORゲート275の一方の入力端子、およびNORゲート276の一方の入力端子に供給される。また、NOTゲート224から供給されるデジタル信号xTH2[k:0]は、NOTゲート274およびNORゲート276の他方の入力端子に供給される。NOTゲート274は、デジタル信号xTH2[k:0]の値を反転させてNORゲート275の他方の入力端子に供給する。NORゲート275は、デジタル信号TH2[k:0]とデジタル信号TH1[k:0]との否定論理和をNMOSスイッチ272のゲートに供給する。NORゲート276は、デジタル信号xTH2[k:0]とデジタル信号TH1[k:0]との否定論理和をNMOSスイッチ273のゲートに供給する。
The NMOS switches 271 to 273 are controlled by the digital signal TH1 [k: 0] and the digital signal xTH2 [k: 0] so that any one of them is turned on. The digital signal TH1 [k: 0] supplied from the
例えば、デジタル信号TH1[k:0]が「1」の場合、NMOSスイッチ271がオンになり、NMOSスイッチ272およびNMOSスイッチ273はオフになる。また、例えば、デジタル信号TH1[k:0]が「0」の場合、NMOSスイッチ271がオフになる。このとき、デジタル信号xTH2[k:0]が「1」であれば、NMOSスイッチ272がオンになり、NMOSスイッチ273がオフになる。逆に、デジタル信号xTH2[k:0]が「0」であれば、NMOSスイッチ272がオフになり、NMOSスイッチ273がオンになる。
For example, when the digital signal TH1 [k: 0] is "1", the
このようにすることにより、電流Ittは、電流It1、電流It2、若しくは電流Ituのいずれかとされる。つまり、NMOSスイッチ271乃至NMOSスイッチ273は、電流Ittを、電流It1、電流It2、電流Ituのいずれにするかを選択する。 By doing so, the current Itt is either current It1, current It2, or current Itu. That is, the MIMO switches 271 to 273 select whether the current Itt is the current It1, the current It2, or the current Itu.
なお、図7において点線で示されるように、NMOSスイッチ271乃至NMOSスイッチ273をまとめてスイッチ281としてもよい。つまり、スイッチ281は、デジタル信号TH1[k:0]およびデジタル信号xTH2[k:0]を制御信号として駆動し、アナログ信号が出力される複数の出力信号線(参照信号線164−1および参照信号線164−2)のそれぞれに接続される各信号線、並びに、電圧源(電源電位AVD)に接続される信号線と、電流源(NMOS電流源277)との接続を制御するスイッチを有する。このスイッチ281の構成は、電流Ittを、電流It1、電流It2、電流Ituのいずれにするかを選択することができるような構成である限り、任意であり、上述のNMOSスイッチ271乃至NMOSスイッチ273の構成例に限定されない。
As shown by the dotted line in FIG. 7, the MIMO switches 271 to 273 may be collectively referred to as the
また、図7において点線で示されるように、スイッチ281の構成に、NOTゲート274、NORゲート275、およびNORゲート276をさらに加えて、D/A変換部282としてもよい。D/A変換部282は、デジタル信号TH1[k:0]およびデジタル信号xTH2[k:0]に応じた電流It1および電流It2を出力することができる。
Further, as shown by the dotted line in FIG. 7, the
上述したように、スロープD/A変換部T205は、図7のような構成を(k+1)個有し、それらを並列に配置している。各構成のNMOS電流源277は互いに同一のサイズ(W長、L長、並列数等)であり、それぞれ等しい電流を流す。並列に配置された(k+1)個のこのような構成のそれぞれにおいて、NMOS電流源277により生成された電流が流れる経路が選択される。したがって、スロープD/A変換部T205全体においては、この選択の比に応じて、NMOS電流源277により生成された電流Ittが電流It1、電流It2、電流Ituに分割される。つまり、NMOS電流源277を、電流It1を流す信号線に接続したスイッチ281の数、NMOS電流源277を、電流It2を流す信号線に接続したスイッチ281の数、NMOS電流源277を、電流Ituを流す信号線に接続したスイッチ281の数の比に応じて、電流Ittが電流It1、電流It2、電流Ituに分割される。換言するに、オン状態のNMOSスイッチ271の数、オン状態のNMOSスイッチ272の数、オン状態のNMOSスイッチ273の数の比に応じて、電流Ittが電流It1、電流It2、電流Ituに分割される。
As described above, the slope D / A conversion unit T205 has (k + 1) configurations as shown in FIG. 7, and they are arranged in parallel. The NMOS
従来の場合、スロープD/A変換部は、ゲインを制御するゲイン制御信号を受けて生成される所定の電流を、単数の出力電流と非出力電流(捨て電流)とに分割していた。そのため、図8のAおよび図8のBに示されるように、ゲイン毎にスロープD/A変換部を設ける必要があった。そのため、回路面積や消費電力が増大するおそれがあった。 In the conventional case, the slope D / A converter divides a predetermined current generated by receiving a gain control signal for controlling a gain into a single output current and a non-output current (discard current). Therefore, as shown in A of FIG. 8 and B of FIG. 8, it is necessary to provide a slope D / A conversion unit for each gain. Therefore, there is a risk that the circuit area and power consumption will increase.
これに対して、スロープD/A変換部T205は、図9に示されるように、ゲインを制御するゲイン制御信号を受けて生成される所定の電流を、入力されたデジタル信号の値に応じて複数の出力電流および非出力電流に分割する。 On the other hand, as shown in FIG. 9, the slope D / A conversion unit T205 applies a predetermined current generated by receiving the gain control signal for controlling the gain according to the value of the input digital signal. Divide into multiple output currents and non-output currents.
したがって、スロープD/A変換部T205は、図8の例の場合に比べて、回路面積や消費電力の増大を抑制することができる。 Therefore, the slope D / A conversion unit T205 can suppress an increase in the circuit area and power consumption as compared with the case of the example of FIG.
その際、スロープD/A変換部T205は、電流(非出力電流)の出力電流と非出力電流への分割を再帰的に繰り返す。例えば、スロープD/A変換部T205は、所定の電流をデジタル信号の値に応じた割合で第1の出力電流と第1の非出力電流とに分割し、さらに、その第1の非出力電流をデジタル信号の値に応じた割合で第2の出力電流と第2の非出力電流とに分割し、第1の出力電流および第2の出力電流をそれぞれ出力する。第1の出力電流および第2の出力電流は、抵抗により電圧に変換され、アナログ信号として出力される。 At that time, the slope D / A conversion unit T205 recursively repeats the division of the current (non-output current) into the output current and the non-output current. For example, the slope D / A conversion unit T205 divides a predetermined current into a first output current and a first non-output current at a ratio corresponding to the value of the digital signal, and further divides the first non-output current. Is divided into a second output current and a second non-output current at a ratio corresponding to the value of the digital signal, and the first output current and the second output current are output, respectively. The first output current and the second output current are converted into a voltage by a resistor and output as an analog signal.
より具体的には、例えば、スロープD/A変換部T205は、電流Ittをデジタル信号TH1[k:0]およびデジタル信号xTH2[k:0]の値に応じた割合で電流It1と電流(Itt−It1)とに分割し、さらに、その電流(Itt−It1)をデジタル信号TH1[k:0]およびデジタル信号xTH2[k:0]の値に応じた割合で電流It2と電流Ituとに分割し、電流It1および電流It2をそれぞれ出力する。この電流It1および電流It2は、抵抗208および抵抗209により電圧に変換され、参照信号1および参照信号2として出力される。
More specifically, for example, the slope D / A converter T205 converts the current Itt into the current It1 and the current (Itt) at a ratio corresponding to the values of the digital signal TH1 [k: 0] and the digital signal xTH2 [k: 0]. -It1) and the current (Itt-It1) are further divided into the current It2 and the current Itu at a ratio according to the values of the digital signal TH1 [k: 0] and the digital signal xTH2 [k: 0]. Then, the current It1 and the current It2 are output respectively. The current It1 and the current It2 are converted into a voltage by the
このようにすることにより、スロープD/A変換部T205は、より容易に、ゲイン制御信号を受けて生成された電流を、複数の出力電流と、非出力電流とに分割することができる。 By doing so, the slope D / A conversion unit T205 can more easily divide the current generated by receiving the gain control signal into a plurality of output currents and a non-output current.
<スロープD/A変換部B>
図10は、スロープD/A変換部B206およびスロープD/A変換部B207の主な構成例を示す図である。図10のAは、スロープD/A変換部B206の主な構成例を示す図であり、図10のBは、スロープD/A変換部B207の主な構成例を示す図である。図10のAおよび図10のBにおいては、スロープD/A変換部B206およびスロープD/A変換部B207の、並列に配置される5個の構成の内の1つのみが示されている。<Slope D / A conversion unit B>
FIG. 10 is a diagram showing a main configuration example of the slope D / A conversion unit B206 and the slope D / A conversion unit B207. FIG. 10A is a diagram showing a main configuration example of the slope D / A conversion unit B206, and FIG. 10B is a diagram showing a main configuration example of the slope D / A conversion unit B207. In A of FIG. 10 and B of FIG. 10, only one of the five configurations of the slope D / A conversion unit B206 and the slope D / A conversion unit B207 arranged in parallel is shown.
図10のAに示されるように、スロープD/A変換部B206は、NMOSスイッチ301、NMOSスイッチ302、NOTゲート303、およびNMOS電流源304を有する。
As shown in FIG. 10A, the slope D / A converter B206 has an
NMOS電流源304(NMOS電流源B1)は、バイアス電圧Vpgに応じた電流Itb1を生成する。NMOSスイッチ301(Nb1)およびNMOSスイッチ302(Nbu1)は、並列に配置され、NOTゲート303を用いて、一方がオン(ON)の場合に、他方がオフ(OFF)となるように制御される。つまり、NMOS電流源304により生成された電流Itb1が流れる経路が選択される。例えば、NMOSスイッチ301がオン(NMOSスイッチ302がオフ)の場合、電流Itb1は、電流Ib1として、参照信号線164−1からグランド電位GNDに向かって流れる。また、例えば、NMOSスイッチ301がオフ(NMOSスイッチ302がオン)の場合、電流Itb1は、電流Ibu1として、電源電位AVDからグランド電位GNDに向かって流れる。つまり、NMOSスイッチ301(Nb1)およびNMOSスイッチ302(Nbu1)の状態により、電流Itb1を出力電流(電流Ib1)とするか、非出力電流(電流Ibu1)とするかが選択される。
The NMOS current source 304 (NMOS current source B1) produces a current Itb1 corresponding to the bias voltage Vpg. The NMOS switch 301 (Nb1) and the NMOS switch 302 (Nbu1) are arranged in parallel and are controlled by using a
NMOSスイッチ301およびNMOSスイッチ302の制御は、デジタル信号CK1[4:0]によって行われる。また、スロープD/A変換部B206として、並列に配置される5個の構成は、基本的に図10のAと同様の構成を有する。ただし、NMOS電流源304のサイズ(並列数もしくはW/L)はそれぞれ異なる。例えば、NMOS電流源277のサイズを1としたとき、各NMOS電流源304のサイズを、デジタル信号CK1[n](n=0乃至4)とデジタル信号CK1[4]との周波数比T1に応じて1/2×1/T1倍のサイズとしてもよい。例えばデジタル信号CK1[0]が入力される構成の場合、デジタル信号CK1[0]がデジタル信号CK1[4]に対し16倍の周波数であるため、NMOS電流源304のサイズは1/32倍となるようにしてもよい。
The control of the
並列に配置された5個のこのような構成のそれぞれにおいて、NMOS電流源304により生成された電流が流れる経路が選択される。したがって、スロープD/A変換部B206全体においては、この選択の比に応じて、NMOS電流源304により生成された電流Itb1が電流Ib1と電流Ibu1とに分割される。つまり、オン状態のNMOSスイッチ301の数とオン状態のNMOSスイッチ302の数との比に応じて、電流Itb1が電流Ib1と電流Ibu1とに分割される。
In each of the five such configurations arranged in parallel, the path through which the current generated by the MIMO
図10のBに示されるように、スロープD/A変換部B207は、NMOSスイッチ311、NMOSスイッチ312、NOTゲート313、およびNMOS電流源314を有する。
As shown in FIG. 10B, the slope D / A converter B207 has an
NMOS電流源314(NMOS電流源B2)は、バイアス電圧Vpgに応じた電流Itb2を生成する。NMOSスイッチ311(Nb2)およびNMOSスイッチ312(Nbu2)は、並列に配置され、NOTゲート313を用いて、一方がオン(ON)の場合に、他方がオフ(OFF)となるように制御される。つまり、NMOS電流源314により生成された電流Itb2が流れる経路が選択される。例えば、NMOSスイッチ311がオン(NMOSスイッチ312がオフ)の場合、電流Itb2は、電流Ib2として、参照信号線164−2からグランド電位GNDに向かって流れる。また、例えば、NMOSスイッチ311がオフ(NMOSスイッチ312がオン)の場合、電流Itb2は、電流Ibu2として、電源電位AVDからグランド電位GNDに向かって流れる。つまり、NMOSスイッチ311(Nb2)およびNMOSスイッチ312(Nbu2)の状態により、電流Itb2を出力電流(電流Ib2)とするか、非出力電流(電流Ibu2)とするかが選択される。
The NMOS current source 314 (NMOS current source B2) produces a current Itb2 corresponding to the bias voltage Vpg. The NMOS switch 311 (Nb2) and the NMOS switch 312 (Nbu2) are arranged in parallel and are controlled using
NMOSスイッチ311およびNMOSスイッチ312の制御は、デジタル信号xCK2[4:0]によって行われる。また、スロープD/A変換部B207として、並列に配置される5個の構成は、基本的に図10のBと同様の構成を有する。ただし、NMOS電流源314のサイズ(並列数もしくはW/L)はそれぞれ異なる。例えば、NMOS電流源277のサイズを1としたとき、各NMOS電流源314のサイズを、デジタル信号CK2[n](n=0乃至4)とデジタル信号CK2[4]との周波数比T2に応じて1/2×1/T2倍のサイズとしてもよい。
The control of the
並列に配置された5個のこのような構成のそれぞれにおいて、NMOS電流源314により生成された電流が流れる経路が選択される。したがって、スロープD/A変換部B207全体においては、この選択の比に応じて、NMOS電流源314により生成された電流Itb2が電流Ib2と電流Ibu2とに分割される。つまり、オン状態のNMOSスイッチ311の数とオン状態のNMOSスイッチ312の数との比に応じて、電流Itb2が電流Ib2と電流Ibu2とに分割される。 In each of the five such configurations arranged in parallel, the path through which the current generated by the MIMO current source 314 flows is selected. Therefore, in the entire slope D / A conversion unit B207, the current Itb2 generated by the MIMO current source 314 is divided into the current Ib2 and the current Ibu2 according to the ratio of this selection. That is, the current Itb2 is divided into the current Ib2 and the current Ibu2 according to the ratio of the number of the ON MOS switches 311 to the number of the ON MOS switches 312.
<デジタル信号波形>
図11は、デジタル信号波形の例を示す図である。分周器211に入力された入力クロックINCKは、その分周器211により、デジタル信号CK1[0]から1/2ずつ分周され、デジタル信号CK1[4:0]が生成される。この内、デジタル信号xCK1[4]がシフトレジスタ213の基準クロックとなる。デジタル信号xCK1[4]のロー(Low)からハイ(High)に向かうエッジでシフトレジスタ213の値が遷移していく。シフトレジスタ213の初段にハイ(High)が入力され、デジタル信号TH1[0]からデジタル信号TH1[k]までデジタル信号CK1[4]の周波数でハイ(High)に値が順次遷移していく。<Digital signal waveform>
FIG. 11 is a diagram showing an example of a digital signal waveform. The input clock INCK input to the
デジタル信号xCK2[0]はロー(Low)固定に制御される。分周器221に入力された入力クロックINCKは、その分周器221により、デジタル信号xCK2[1]から1/2ずつ分周され、デジタル信号xCK1[4:0]が生成される。このようにデジタル信号TH1[k:0]の系統と、デジタル信号TH2[k:0]の系統とで、入力段を互いに変更することでより容易に分周比を変更することができる。
The digital signal xCK2 [0] is controlled to be fixed at Low. The input clock INCK input to the
以上のようにして、デジタル信号CK2[4]は、デジタル信号CK1[4]に対し2倍の周波数となる。デジタル信号xTH2[m-1:0]はシフトレジスタのリセット・セットによる初期設定動作でロー(Low)に固定されており、デジタル信号xTH2[m]から遷移が始まる。図11の例のようにデジタル信号xTH2[k:0]がデジタル信号TH1[k:0]より動作周波数が速い場合、シフトレジスタ223の初期設定コードを、シフトレジスタ213の初期設定コードTと同じか、または先のコードに進めておくことができる。
As described above, the digital signal CK2 [4] has twice the frequency of the digital signal CK1 [4]. The digital signal xTH2 [m-1: 0] is fixed to low by the initial setting operation by the reset set of the shift register, and the transition starts from the digital signal xTH2 [m]. When the digital signal xTH2 [k: 0] has a faster operating frequency than the digital signal TH1 [k: 0] as in the example of FIG. 11, the initial setting code of the
<シフトレジスタ>
図12は、シフトレジスタ213の主な構成例を示す図である。シフトレジスタ213は、フリップフロップ331−0乃至フリップフロップ331−k、並びに、シフトレジスタ初期値制御信号デコーダ332を有する。以下において、フリップフロップ331−0乃至フリップフロップ331−kを互いに区別して説明する必要が無い場合、フリップフロップ331と称する。<Shift register>
FIG. 12 is a diagram showing a main configuration example of the
フリップフロップ331は、(k+1)個順列に接続されている。先頭のフリップフロップのD端子にはハイ(High)信号が入力される。制御信号xRSをロー(Low)にすると、各フリップフロップ331の保持データがリセットされ、Q端子がロー(Low)になる。シフトレジスタ213の初期設定を進める場合、シフトレジスタ初期値制御信号デコーダ332は、制御信号xRSによってリセットされるタイミングと同時または以後のタイミングにおいて、制御信号ST[m-1:0]をハイ(High)にすることで、デジタル信号TH1[m-1:0]をハイ(High)にセットすることができる。デジタル信号CK1[4]のクロック動作が始まったとき、デジタル信号TH[m]からシフトレジスタ213のデータ遷移が開始される。初期値制御信号は、シフトレジスタ初期値制御信号デコーダ332により、値を「1」の数で表す温度計コードにデコードされる。
The flip-
なお、各フリップフロップ331は、例えば図13に示されるような構成を有する。ただし、フリップフロップ331の構成は、任意であり、図13の例に限定されない。
Each flip-
シフトレジスタ223も、上述したシフトレジスタ213と同様の構成を有し、同様の処理を行うので、図12や図13の説明は、シフトレジスタ223にも適用することができる。したがって、シフトレジスタ223の説明は省略する。
Since the
<参照信号生成部の動作波形例>
図14乃至図16に参照信号生成部163の動作に関する各種信号波形の例を示す。シフトレジスタ213の初期値コードは0、シフトレジスタ223の初期値コードは(m−1)に設定されている。図14に示されるように、デジタル信号xCK2[4]は、デジタル信号CK1[4]に対し2倍の周波数である。また、抵抗209の抵抗値R2は、抵抗208の抵抗値R1に対して2倍となっている。<Example of operating waveform of reference signal generator>
14 to 16 show examples of various signal waveforms related to the operation of the reference
参照信号生成部163は、図14に示されるような波形の各種デジタル信号に基づいて処理を行い、図15に示されるような波形の出力電流(電流It1、電流Ib1、電流It2、電流Ib2)を生成する。これにより、図16に示されるような波形の参照信号1および参照信号2が生成され、参照信号生成部163から出力される。このとき、参照信号1の傾き1と参照信号2の傾き2の関係は、[参照信号2の傾き]=[参照信号1の傾き]×(−4)となる。
The reference
<電流値の遷移例>
図17に、図15の例の電流It1、電流It2、電流Ituの電流値の遷移を示す。NMOS電流源277の1個当たりの電流値をItとすると、(k+1)個の合計電流Ittは、Itt=(k+1)×Itとなる。電流It2の初期値は(m−1)×Itと設定されている。電流Ittは時間に対し一定で、Itt=It1+It2+Ituとなっている。つまり、ゲインを制御するゲイン制御信号を受けて生成される所定の電流が、入力されたデジタル信号の値に応じて複数の出力電流および非出力電流に分割されている。したがって、ゲイン毎にスロープD/A変換部を設ける必要がなく、回路面積や消費電力の増大を抑制することができる。<Example of current value transition>
FIG. 17 shows the transition of the current values of the current It1, the current It2, and the current Itu in the example of FIG. Assuming that the current value per of the NMOS
なお、図17の例の場合、時間方向に、電流It1を増大させるにつれて、電流It2を低減させている。このように、電流を2系統の出力電流と1系統の非出力電流とに分割する場合において、時間方向に、第1の出力電流を増大させ、かつ、第2の出力電流を低減させるようにしてもよい。このように、各出力電流の変化の向きを互いに逆向きとすることにより、電流It1と電流It2の和の時間方向の変化をより小さくすることができるので、電流Ittをより有効に利用することができる。したがって、例えば、電流It1および電流It2のそれぞれのスロープの傾きを緩やかにしたり、参照信号を利用可能な期間を短くしたりする必要がない。 In the case of the example of FIG. 17, the current It2 is decreased as the current It1 is increased in the time direction. In this way, when the current is divided into two systems of output current and one system of non-output current, the first output current is increased and the second output current is decreased in the time direction. You may. In this way, by making the directions of change of each output current opposite to each other, the change in the time direction of the sum of the current It1 and the current It2 can be made smaller, so that the current Itt can be used more effectively. Can be done. Therefore, for example, it is not necessary to make the slopes of the currents It1 and the currents It2 gentle, or to shorten the period during which the reference signal can be used.
もちろん、時間方向に、第1の出力電流および第2の出力電流をともに増大させる(または低減させる)ようにしてもよい。つまり、各出力電流の変化の向きを互いに同一の向きとしてもよい。 Of course, both the first output current and the second output current may be increased (or decreased) in the time direction. That is, the directions of change of each output current may be the same as each other.
なお、図7の例の場合、デジタル信号TH1[q]とデジタル信号xTH2[q]が同時にハイ(High)になった場合、NMOSスイッチ272(N2)に対してNMOSスイッチ(N1)の方が優先されてオン(ON)状態にされるが、参照信号2のスロープ傾きが変動してしまうため通常使用しない。そこで、スロープD/A変換部T205のq番目の構成に入力されるデジタル信号TH1[q]とデジタル信号xTH2[q]とが同時にハイ(High)にならないような制約で動作させるようにしてもよい。
In the case of the example of FIG. 7, when the digital signal TH1 [q] and the digital signal xTH2 [q] are set to High at the same time, the NOTES switch (N1) is better than the NOTES switch 272 (N2). Although it is prioritized and turned on (ON), it is not normally used because the slope inclination of the
<A/D変換に関する信号の波形>
以上のような参照信号生成部163により生成された参照信号1および参照信号2を用いてカラムA/D変換部162が行うA/D変換における各種信号の波形の例を図18および図19に示す。<Signal waveform related to A / D conversion>
18 and 19 show examples of waveforms of various signals in the A / D conversion performed by the column A /
図18は、画素信号が小さい(暗い)場合の適応ゲインA/D変換の波形例を示す図である。カラムA/D変換部162は、A/D変換する画素信号の大きさに基づいて利用する参照信号を適応的に切り替えることができる適応ゲインA/D変換を行う。
FIG. 18 is a diagram showing a waveform example of adaptive gain A / D conversion when the pixel signal is small (dark). The column A /
画素のリセットレベルは参照信号1(第1P相)、参照信号2(第2P相)でそれぞれ取得する。画素信号転送後の垂直信号線信号と、参照信号1のシフトレジスタのセット信号で生成した所定の判定電圧とを比較し、画素信号が小さい場合、セレクタ174は、図18に示されるように、参照信号1に接続したままでD相を取得する。カウンタ172は、INCKのクロック遷移が始まってから比較部171の出力がハイ(High)からロー(Low)に遷移するタイミングまでをカウントする。判定値ラッチ173は、第1P相のカウント値P1を取得し、自身が有する保持回路にそのカウント値P1を保持する。その後、判定値ラッチ173は、カウンタ172のカウント値をリセットする。
The pixel reset level is acquired by the reference signal 1 (first P phase) and the reference signal 2 (second P phase), respectively. The vertical signal line signal after the pixel signal transfer is compared with the predetermined determination voltage generated by the set signal of the shift register of the
さらに判定値ラッチ173は、第2P相のカウント値P2を取得する。その判定結果を受けて、判定値ラッチ173は、カウント値P1を保持回路から読み出して復元し、ビット反転を行い-P1をカウンタ172の初期値としてセットする。そして、判定値ラッチ173は、セレクタ174に参照信号1を選択させる。カウンタ172は、D相をカウントすることでデジタルCDSされたD-P1のデータを取得することができる。
Further, the
図19は、画素信号が大きい(明るい)場合の適応ゲインA/D変換の波形例を示す図である。判定動作で画素信号が判定電圧よりも小さいため、判定値ラッチ173は、ビット反転を行い-P2をカウンタ172の初期値としてセットする。そして、判定値ラッチ173は、セレクタ174に参照信号2を選択させる。カウンタ172は、D相をカウントすることでデジタルCDSされたD-P2のデータを取得することができる。
FIG. 19 is a diagram showing a waveform example of adaptive gain A / D conversion when the pixel signal is large (bright). Since the pixel signal is smaller than the determination voltage in the determination operation, the
以上のように、カラムA/D変換部162は、参照信号生成部163が生成した複数の参照信号(参照信号1および参照信号2)を用いて、適応ゲインA/D変換を行うことができる。つまり、カラムA/D変換部162は、高速かつ高ダイナミックレンジの、より正確なA/D変換を実現することができる。
As described above, the column A /
<2.第2の実施の形態>
<マルチスロープA/D変換>
以上においては、適応ゲインA/D変換について説明したが、本技術は、他の方法のA/D変換にも適用することができる。例えば、本技術は、マルチスロープA/D変換を行うA/D変換部にも適用することができる。<2. Second Embodiment>
<Multi-slope A / D conversion>
Although the adaptive gain A / D conversion has been described above, the present technology can also be applied to the A / D conversion of other methods. For example, this technique can be applied to an A / D conversion unit that performs multi-slope A / D conversion.
<列並列処理部>
図20は、本技術を適用した列並列処理部102の他の構成例を示す図である。図20に示されるように、この場合の列並列処理部102は、カラムA/D変換部162−1乃至カラムA/D変換部162−Mの代わりに、カラムA/D変換部411−1乃至カラムA/D変換部411−Mを有する。なお、以下において、カラムA/D変換部411−1乃至カラムA/D変換部411−Mを互いに区別して説明する必要が無い場合、カラムA/D変換部411と称する。<Column parallel processing unit>
FIG. 20 is a diagram showing another configuration example of the column
カラムA/D変換部411は、複数の参照信号のそれぞれを用いてA/D変換対象のアナログ信号をA/D変換し、そのA/D変換結果(デジタルデータ)に基づいて、いずれかのA/D変換結果を選択するマルチスロープA/D変換を行う。 The column A / D conversion unit 411 A / D-converts the analog signal to be A / D-converted using each of the plurality of reference signals, and based on the A / D conversion result (digital data), either one of them. Select the A / D conversion result Perform multi-slope A / D conversion.
図20に示されるように、カラムA/D変換部411は、比較部421、カウンタ422、キャパシタ423、およびキャパシタ424、並びに、比較部431、カウンタ432、キャパシタ433、およびキャパシタ434を有する。
As shown in FIG. 20, the column A /
比較部421乃至キャパシタ424は、参照信号1に対する構成である。比較部421の一方の入力端子は、キャパシタ423を介して参照信号線164−1に接続されている。また、比較部421の他方の入力端子はキャパシタ424を介して垂直信号線122に接続されている。また、比較部421の出力端子は、カウンタ422に接続されている。
The
キャパシタ423に接続される比較部421の一方の入力端子には、そのキャパシタ423を介して、参照信号1が入力される。また、キャパシタ424が接続される比較部421の他方の入力端子には、画素アレイ101の単位画素121から読み出されたアナログ信号(例えば画素信号等)が入力される。比較部421は、これらの信号の大きさを比較して、そのどちらの信号の信号レベルが大きいかを示す情報を、比較結果としてカウンタ422に供給する。
The
カウンタ422の入力端子には、比較部421の出力端子に接続されており、その比較部421から比較結果が供給される。カウンタ422は、カウント開始からその比較結果が反転(比較部421の出力信号の信号レベルが変化)するまでの時間を計測(例えば、所定のクロック信号のクロック数をカウント)する。
The input terminal of the
キャパシタ423およびキャパシタ424は、アナログ的な素子バラつきをキャンセルするアナログCDSのための容量素子である。
比較部431乃至キャパシタ434は、参照信号2に対する構成である。比較部431の一方の入力端子は、キャパシタ433を介して参照信号線164−2に接続されている。また、比較部431の他方の入力端子はキャパシタ434を介して垂直信号線122に接続されている。また、比較部431の出力端子は、カウンタ432に接続されている。
The
キャパシタ433に接続される比較部431の一方の入力端子には、そのキャパシタ433を介して、参照信号2が入力される。また、キャパシタ434が接続される比較部431の他方の入力端子には、画素アレイ101の単位画素121から読み出されたアナログ信号(例えば画素信号等)が入力される。比較部431は、これらの信号の大きさを比較して、そのどちらの信号の信号レベルが大きいかを示す情報を、比較結果としてカウンタ432に供給する。
The
カウンタ432の入力端子には、比較部431の出力端子に接続されており、その比較部431から比較結果が供給される。カウンタ432は、カウント開始からその比較結果が反転(比較部431の出力信号の信号レベルが変化)するまでの時間を計測(例えば、所定のクロック信号のクロック数をカウント)する。
The input terminal of the
キャパシタ433およびキャパシタ434は、アナログ的な素子バラつきをキャンセルするアナログCDSのための容量素子である。
以上のように、マルチスロープA/D変換の場合、複数の参照信号(アナログ信号)は、それぞれ、互いに異なるA/D変換部により利用される。 As described above, in the case of multi-slope A / D conversion, a plurality of reference signals (analog signals) are used by different A / D conversion units.
図21は、このマルチスロープA/D変換の場合の動作波形の例を示す図である。マルチスロープA/D変換の場合、上述した適応ゲインA/D変換の場合とは異なり、並列でのA/D変換が可能なため、P相D相は1回ずつ行えば良い。参照信号1の傾きは緩く電圧レンジが小さく、比較部421とカウンタ422とでカウント値(D−P1)が得られる。参照信号2の傾きは急だが電圧レンジが大きく、比較部431とカウンタ432とでカウント値(D−P2)が得られる。参照信号1と参照信号2は傾きの符号が異なるため、カウンタ432は、このカウント値(D−P2)を、正負反転してオフセット値Yを加算し、(P2−D+Y)とする。
FIG. 21 is a diagram showing an example of an operation waveform in the case of this multi-slope A / D conversion. In the case of multi-slope A / D conversion, unlike the case of the adaptive gain A / D conversion described above, A / D conversion in parallel is possible, so the P phase and D phase need only be performed once. The slope of the
完全に遮光された状態の画素信号を取得したときにP2−D+Y=0となるようにYを決定する。P2−D+Yが所定コードより小さいときは(D−P1)を選択し、所定コードより大きいときは(P2−D+Y)を選択することで、ダイナミックレンジやフレームレートを犠牲にせず、暗所のA/D分解能を向上することができる。また、参照信号1と参照信号2の傾き比が−1となるようにA/D変換をするモードでは多重A/D変換によるランダムノイズ改善の効果がある。((D−P1)+(D−P2+Y))÷2の演算で加算平均を取ることで、画素のランダムノイズは電圧換算で1/√2倍改善する。
Y is determined so that P2-D + Y = 0 when the pixel signal in a completely shielded state is acquired. By selecting (D-P1) when P2-D + Y is smaller than the predetermined code and selecting (P2-D + Y) when it is larger than the predetermined code, A in the dark place without sacrificing the dynamic range or frame rate. / D resolution can be improved. Further, in the mode in which the A / D conversion is performed so that the inclination ratio of the
このように、本技術はマルチスロープA/D変換に対しても適用することができ、本技術を適用することにより、適応ゲインA/D変換の場合と同様の効果を得ることができる。 As described above, this technique can be applied to multi-slope A / D conversion, and by applying this technique, the same effect as in the case of adaptive gain A / D conversion can be obtained.
<3.第3の実施の形態>
<出力アナログ信号の系統数>
なお、以上においては、2系統のアナログ信号(参照信号)を生成する場合について説明したが、本技術は、3系統以上のアナログ信号を生成する場合にも適用することができる。すなわち、本技術は、複数系統のアナログ信号を生成する場合に適用することができる。<3. Third Embodiment>
<Number of output analog signal systems>
In the above, the case of generating two analog signals (reference signals) has been described, but the present technology can also be applied to the case of generating three or more analog signals. That is, this technique can be applied when generating analog signals of a plurality of systems.
<参照信号生成部>
図22は、本技術を適用した参照信号生成部163の他の構成例を示す図である。この場合の参照信号生成部163は、3系統の参照信号(参照信号1乃至参照信号3)を出力する。参照信号1は、参照信号線164−1から出力される。参照信号2は、参照信号線164−2から出力される。参照信号3は、参照信号線164−3から出力される。<Reference signal generator>
FIG. 22 is a diagram showing another configuration example of the reference
なお、この場合も、ゲイン制御部233は、図4の場合と同様の構成を有するため、図22においては、その図示を省略している。この場合の参照信号生成部163は、スロープD/A変換部T205の代わりに、スロープD/A変換部T505を有する。また、この場合の参照信号生成部163は、スロープD/A変換部B206およびスロープD/A変換部B207に加え、さらにスロープD/A変換部B518を有する。さらに、この場合の参照信号生成部163は、抵抗208および抵抗209に加え、さらに抵抗値R3の抵抗520を有する。
In this case as well, since the
また、この場合の参照信号生成部163は、分周器211乃至シフトレジスタ213、並びに、分周器221乃至NOTゲート225に加え、分周器531、NOTゲート532、およびシフトレジスタ533を有する。
Further, the reference
つまり、この場合の参照信号生成部163は、アナログ信号の出力系統(参照信号線164)が3系統(3本)になっているので、各処理部もそれに対応している。
That is, since the reference
スロープD/A変換部505は、バイアス電圧Vpgに応じた電流Ittを生成し、その電流Ittを、デジタル信号TH1[k:0]、デジタル信号xTH2[k:0]、およびデジタル信号TH3[k:0]の値に応じた割合で、電流It1、電流It2、電流It3、電流Ituに分割する。スロープD/A変換部T505においては、バイアス電圧Vpgに応じた電流Ittを生成し、その電流Ittを電流It1、電流It2、電流It3、電流Ituのいずれかに割り当てる構成が(k+1)個並列に設置されている。kは任意の自然数である。つまり、この構成の数は任意である。この(k+1)個の構成が、それぞれ、デジタル信号TH1[k:0]、デジタル信号xTH2[k:0]、およびデジタル信号TH3[k:0]の内の、自身に対応する値に応じて電流Ittの割り当てを行うことにより、全体として、バイアス電圧Vpgに応じた電流Ittが、デジタル信号TH1[k:0]、デジタル信号xTH2[k:0]、およびデジタル信号TH3[k:0]の値に応じた割合で、電流It1、電流It2、電流It3、電流Ituに分割される。換言するに、デジタル信号TH1[k:0]、デジタル信号xTH2[k:0]、およびデジタル信号TH3[k:0]の値に依らず、Itt=It1+It2+It3+Ituとなる。
The slope D /
電流It3が流れる信号線には、抵抗値R3の抵抗520と参照信号線164−3が接続されており、電流It3は、抵抗520によって電圧に変換され、アナログ信号(参照信号3)として参照信号線164−3から出力される。
A
つまり、電流It1、電流It2、電流It3は、出力される出力電流であり、電流Ituは、出力されない非出力電流(捨て電流とも称する)である。つまり、スロープD/A変換部T505は、バイアス電圧Vpgに応じた所定の電流Ittを生成し、その電流Ittを、デジタル信号TH1[k:0]、デジタル信号xTH2[k:0]、およびデジタル信号TH3[k:0]の値に応じた割合で、3系統の出力電流(電流It1、電流It2、電流It3)と、非出力電流(電流Itu)に分割する。そして、3系統の出力電流は、電圧に変換され、3系統のアナログ信号(参照信号1、参照信号2、参照信号3)として出力される。
That is, the current It1, the current It2, and the current It3 are output currents that are output, and the current Itu is a non-output current (also referred to as a discard current) that is not output. That is, the slope D / A conversion unit T505 generates a predetermined current Itt according to the bias voltage Vpg, and uses the current Itt as the digital signal TH1 [k: 0], the digital signal xTH2 [k: 0], and the digital. It is divided into three output currents (current It1, current It2, current It3) and non-output current (current Itu) at a ratio according to the value of the signal TH3 [k: 0]. Then, the output currents of the three systems are converted into a voltage and output as analog signals of the three systems (
スロープD/A変換部B518(スロープD/A変換部B3)は、参照信号3用のバイナリコード電流源である。スロープD/A変換部B518は、バイアス電圧Vpgに応じた電流Itb3を生成し、その電流Itb3を、デジタル信号CK3[4:0]の値に応じた割合で、電流Ib3と電流Ibu3とに分割する。スロープD/A変換部B518は、この電流Ib3により、例えば、参照信号3の信号レベルの下位ビットを制御する。スロープD/A変換部B518においては、バイアス電圧Vpgに応じた電流Itb3を生成し、その電流Itb3を電流Ib3または電流Ibu3に割り当てる構成が5個並列に設置されている。この5個の構成が、それぞれ、デジタル信号CK3[4:0]の内の、自身に対応する値に応じて電流Itb3の割り当てを行うことにより、全体として、バイアス電圧Vpgに応じた電流Itb3が、デジタル信号CK3[4:0]の値に応じた割合で、電流Ib3と電流Ibu3とに分割される。換言するに、デジタル信号CK3[4:0]の値に依らず、Itb3=Ib3+Ibu3となる。この場合、スロープD/A変換部B518は、例えば、参照信号3の信号レベルの下位5ビットを制御する。
The slope D / A conversion unit B518 (slope D / A conversion unit B3) is a binary code current source for the
電流Ib3は、抵抗520によって電圧に変換され、アナログ信号(参照信号3)として参照信号線164−3から出力される。参照信号3の電圧は、AVD−(It3+Ib3)×R3となる。なお、電流Ibu3が流れる信号線は、電源電位AVD(例えば3.3V)に接続される。
The current Ib3 is converted into a voltage by the
つまり、電流Ib3は、出力される出力電流であり、電流Ibu3は、出力されない非出力電流(捨て電流とも称する)である。つまり、スロープD/A変換部B518は、バイアス電圧Vpgに応じた所定の電流Itb3を生成し、その電流Itb3を、デジタル信号CK3[4:0]の値に応じた割合で、単数の出力電流(電流Ib3)と、非出力電流(電流Ibu3)に分割する。そして、この単数の出力電流(電流Ib3)は、電圧に変換され、アナログ信号(参照信号3)として出力される。つまり、スロープD/A変換部B518は、この単数の出力電流(電流Ib3)を用いて、スロープD/A変換部T505より出力されるアナログ信号(参照信号3)の信号レベルを制御する。 That is, the current Ib3 is the output current that is output, and the current Ibu3 is the non-output current that is not output (also referred to as the discarded current). That is, the slope D / A conversion unit B518 generates a predetermined current Itb3 according to the bias voltage Vpg, and uses the current Itb3 as a single output current at a ratio corresponding to the value of the digital signal CK3 [4: 0]. It is divided into (current Ib3) and non-output current (current Ibu3). Then, this singular output current (current Ib3) is converted into a voltage and output as an analog signal (reference signal 3). That is, the slope D / A conversion unit B518 uses this singular output current (current Ib3) to control the signal level of the analog signal (reference signal 3) output from the slope D / A conversion unit T505.
なお、スロープD/A変換部B518の並列数は任意であり、5個以外であってもよい。また、スロープD/A変換部B518の構成は、スロープD/A変換部B206やスロープD/A変換部B207と同様であるのでその説明は省略する。 The number of parallels of the slope D / A conversion unit B518 is arbitrary and may be other than five. Further, since the configuration of the slope D / A conversion unit B518 is the same as that of the slope D / A conversion unit B206 and the slope D / A conversion unit B207, the description thereof will be omitted.
抵抗520は、一方の端が電源電位AVDに接続され、他方の端が、電流It3が流れる信号線や参照信号3が流れる参照信号線164−3に接続される、抵抗値R3の抵抗である。つまり、抵抗520は、電流It3や電流Ib3を電圧に変換する。抵抗520の抵抗値R3が、抵抗208の抵抗値R1や抵抗209の抵抗値R2と互いに異なるようにしてもよい。
The
分周器531は、入力クロックINCKを分周し、デジタル信号CK3[4:0]を生成する。分周器531の分周比を、分周器211や分周器221の分周比と異なる値とすることにより、デジタル信号CK3[4]を、デジタル信号CK1[4]やデジタル信号CK2[4]と異なる周波数とすることができる。NOTゲート532は、その内、デジタル信号CK3[4]を反転させ、デジタル信号xCK3[4]を生成する。シフトレジスタ533は、そのデジタル信号xCK3[4]を用いてデジタル信号TH3[k:0]を生成する。シフトレジスタ533は、そのデジタル信号TH3[k:0]をスロープD/A変換部T505に供給する。また、分周器531は、生成したデジタル信号CK3[4:0]をスロープD/A変換部B518(スロープD/A変換部B3)に供給する。
The
この場合も、図11の例と同様に、デジタル信号xCK2[4]がデジタル信号xCK1[4]の2倍の周波数とするが、デジタル信号xCK2[4]の遷移が速いため、デジタル信号xCK3[4]は、デジタル信号xCK1[4]と同じもしくは遅い周波数に設定する必要がある。ここではデジタル信号xCK3[4]は、デジタル信号xCK1[4]に対し1/2倍の周波数とする。 In this case as well, the frequency of the digital signal xCK2 [4] is twice that of the digital signal xCK1 [4], as in the example of FIG. 11, but since the transition of the digital signal xCK2 [4] is fast, the digital signal xCK3 [4] 4] needs to be set to the same or slower frequency as the digital signal xCK1 [4]. Here, the frequency of the digital signal xCK3 [4] is 1/2 times that of the digital signal xCK1 [4].
なお、図22において点線で示されるように、スロープD/A変換部T505に、抵抗208、抵抗209、および抵抗520を加えて、スロープD/A変換部T541としてもよい。スロープD/A変換部T541は、デジタル信号TH1[k:0]、デジタル信号xTH2[k:0]、およびデジタル信号TH3[k:0]をD/A変換し、アナログ信号として、参照信号1乃至参照信号3を出力することができる。また、図22において点線で示されるように、スロープD/A変換部T541の構成に、スロープD/A変換部B206、スロープD/A変換部B207、およびスロープD/A変換部B518を加えて、スロープD/A変換部542としてもよい。スロープD/A変換部542は、デジタル信号TH1[k:0]、デジタル信号xTH2[k:0]、デジタル信号TH3[k:0]、デジタル信号CK1[4:0]、デジタル信号xCK2[4:0]、デジタル信号CK3[4:0]をD/A変換し、アナログ信号として、下位ビットも含む参照信号1乃至参照信号3を出力することができる。
As shown by the dotted line in FIG. 22, a
なお、図22において点線で示されるように、分周器211、NOTゲート212、シフトレジスタ213、分周器221、NOTゲート222、シフトレジスタ223、NOTゲート224、NOTゲート225、分周器531、NOTゲート532、シフトレジスタ533をまとめて、デジタル信号生成部544としてもよい。デジタル信号生成部544は、入力クロックINCKを用いて、デジタル信号TH1[k:0]、デジタル信号xTH2[k:0]、デジタル信号TH3[k:0]、デジタル信号CK1[4:0]、デジタル信号xCK2[4:0]、およびデジタル信号CK3[4:0]を生成し、それらをスロープD/A変換部542に供給する。
As shown by the dotted line in FIG. 22, the
<スロープD/A変換部T>
図23は、スロープD/A変換部T505の主な構成例を示す図である。図23においては、スロープD/A変換部T505の、並列に配置される(k+1)個の構成の内の1つのみが示されている。その他のk個の構成も、図23に示される構成と同様であるので、それらについての説明は省略する。<Slope D / A conversion unit T>
FIG. 23 is a diagram showing a main configuration example of the slope D / A conversion unit T505. In FIG. 23, only one of the (k + 1) configurations of the slope D / A conversion unit T505 arranged in parallel is shown. Since the other k configurations are the same as the configurations shown in FIG. 23, the description thereof will be omitted.
図23に示されるように、スロープD/A変換部T505は、NMOSスイッチ271、NMOSスイッチ272、およびNMOSスイッチ273に加え、さらに、NMOSスイッチ551を有する。また、スロープD/A変換部T505は、NOTゲート561、NORゲート562、NOTゲート563、NORゲート564、NORゲート565、およびNMOS電流源277(NMOS電流源T)を有する。
As shown in FIG. 23, the slope D / A conversion unit T505 further includes an
NMOSスイッチ271乃至NMOSスイッチ273、並びに、NMOSスイッチ551は、その電流Ittの経路を制御する。NMOSスイッチ551は、NMOS電流源277と抵抗520との接続を制御する。すなわち、NMOSスイッチ551は、電流Ittを電流It3とするか否かを制御する。
The NMOS switches 271 to 273, as well as the
NMOSスイッチ271乃至NMOSスイッチ273、並びに、NMOSスイッチ551は、デジタル信号TH1[k:0]、デジタル信号xTH2[k:0]、およびデジタル信号TH3[k:0]により、いずれか1つがオンになるように制御される。
Any one of the NMOS switches 271 to 273 and the
シフトレジスタ213から供給されるデジタル信号TH1[k:0]は、NOTゲート561、NORゲート564、およびNORゲート565に供給される。また、NOTゲート224から供給されるデジタル信号xTH2[k:0]は、NOTゲート563およびNORゲート565に供給される。さらに、シフトレジスタ533から供給されるデジタル信号TH3[k:0]は、NORゲート562、NORゲート564、NMOSスイッチ551のゲート、および、NORゲート565に供給される。
The digital signal TH1 [k: 0] supplied from the
例えば、デジタル信号TH3[k:0]が「1」の場合、NMOSスイッチ551がオンになり、NMOSスイッチ271、NMOSスイッチ272、およびNMOSスイッチ273はオフになる。また、例えば、デジタル信号TH3[k:0]が「0」の場合、NMOSスイッチ551がオフになる。このとき、デジタル信号xTH2[k:0]が「1」であれば、NMOSスイッチ272がオンになり、NMOSスイッチ271およびNMOSスイッチ273がオフになる。逆に、デジタル信号xTH2[k:0]が「0」であれば、NMOSスイッチ272がオフになり、NMOSスイッチ271およびNMOSスイッチ273がオンになる。このとき、デジタル信号TH1[k:0]が「1」であれば、NMOSスイッチ271がオンになり、NMOSスイッチ273がオフになる。逆に、デジタル信号TH1[k:0]が「0」であれば、NMOSスイッチ271がオフになり、NMOSスイッチ273がオンになる。
For example, when the digital signal TH3 [k: 0] is "1", the
このようにすることにより、電流Ittは、電流It1、電流It2、電流It3、または電流Ituのいずれかとされる。つまり、NMOSスイッチ271乃至NMOSスイッチ273、並びに、NMOSスイッチ551は、電流Ittを、電流It1、電流It2、電流It3、電流Ituのいずれにするかを選択する。
By doing so, the current Itt is either current It1, current It2, current It3, or current Itu. That is, the MIMO switches 271 to 273, and the
なお、図23において点線で示されるように、NMOSスイッチ271乃至NMOSスイッチ273、並びに、NMOSスイッチ551をまとめてスイッチ581としてもよい。つまり、スイッチ581は、デジタル信号TH1[k:0]、デジタル信号xTH2[k:0]、デジタル信号TH3[k:0]を制御信号として駆動し、アナログ信号が出力される複数の出力信号線(参照信号線164−1乃至参照信号線164−3)のそれぞれに接続される各信号線、並びに、電圧源(電源電位AVD)に接続される信号線と、電流源(NMOS電流源277)との接続を制御するスイッチを有する。このスイッチ581の構成は、電流Ittを、電流It1、電流It2、電流It3、電流Ituのいずれにするかを選択することができるような構成である限り、任意であり、上述の構成例に限定されない。
As shown by the dotted line in FIG. 23, the MIMO switches 271 to 273 and the
また、図23において点線で示されるように、スイッチ581の構成に、NOTゲート561、NORゲート562、NOTゲート563、NORゲート564、およびNORゲート565をさらに加えて、D/A変換部582としてもよい。D/A変換部582は、デジタル信号TH1[k:0]、デジタル信号xTH2[k:0]、デジタル信号TH3[k:0]に応じた電流It1、電流It2、および電流It3を出力することができる。
Further, as shown by a dotted line in FIG. 23, a
上述したように、スロープD/A変換部T505は、図23のような構成を(k+1)個有し、それらを並列に配置している。各構成のNMOS電流源277は互いに同一のサイズ(W長、L長、並列数等)であり、それぞれ等しい電流を流す。並列に配置された(k+1)個のこのような構成のそれぞれにおいて、NMOS電流源277により生成された電流が流れる経路が選択される。したがって、スロープD/A変換部T505全体においては、この選択の比に応じて、NMOS電流源277により生成された電流Ittが電流It1、電流It2、電流It3、電流Ituに分割される。つまり、NMOS電流源277を、電流It1を流す信号線に接続したスイッチ581の数、NMOS電流源277を、電流It2を流す信号線に接続したスイッチ581の数、NMOS電流源277を、電流It3を流す信号線に接続したスイッチ581の数、NMOS電流源277を、電流Ituを流す信号線に接続したスイッチ581の数の比に応じて、電流Ittが電流It1、電流It2、電流It3、電流Ituに分割される。換言するに、オン状態のNMOSスイッチ271の数、オン状態のNMOSスイッチ272の数、オン状態のNMOSスイッチ551の数、オン状態のNMOSスイッチ273の数の比に応じて、電流Ittが電流It1、電流It2、電流It3、電流Ituに分割される。
As described above, the slope D / A conversion unit T505 has (k + 1) configurations as shown in FIG. 23, and they are arranged in parallel. The NMOS
したがって、スロープD/A変換部T505は、回路面積や消費電力の増大を抑制することができる。 Therefore, the slope D / A conversion unit T505 can suppress an increase in circuit area and power consumption.
この場合も、スロープD/A変換部T205は、電流(非出力電流)の出力電流と非出力電流への分割を再帰的に繰り返す。このようにすることにより、スロープD/A変換部T505は、より容易に、ゲイン制御信号を受けて生成された電流を、複数の出力電流と、非出力電流とに分割することができる。 Also in this case, the slope D / A conversion unit T205 recursively repeats the division of the current (non-output current) into the output current and the non-output current. By doing so, the slope D / A conversion unit T505 can more easily divide the current generated by receiving the gain control signal into a plurality of output currents and a non-output current.
<電流値の遷移例>
図24に、この場合の電流It1、電流It2、電流It3、電流Ituの電流値の遷移の例を示す。NMOS電流源277の1個当たりの電流値をItとすると、(k+1)個の合計電流Ittは、Itt=(k+1)×Itとなる。電流It1の初期値は(p−1)×Itと設定され、電流It2の初期値は(m−1)×Itと設定されている。電流Ittは時間に対し一定で、Itt=It1+It2+It3+Ituとなっている。A/D変換期間に、デジタル信号TH1[q]がデジタル信号TH3[q]を追い越さないように初期値設定を行い、デジタル信号TH1[q]をデジタル信号xTH2[q]が追い越さないように初期値設定を行う。<Example of current value transition>
FIG. 24 shows an example of the transition of the current values of the current It1, the current It2, the current It3, and the current Itu in this case. Assuming that the current value per of the NMOS
抵抗208の抵抗値R1、抵抗209の抵抗値R2、および抵抗520の抵抗値R3の比がR1:R2:R3=2:4:1である場合、参照信号1乃至参照信号3のそれぞれのスロープの傾きの比は4:−16:1となる。
When the ratio of the resistance value R1 of the
以上のように、出力されるアナログ信号が3系統以上の場合も、ゲインを制御するゲイン制御信号を受けて生成される所定の電流が、入力されたデジタル信号の値に応じて複数の出力電流および非出力電流に分割されている。したがって、ゲイン毎にスロープD/A変換部を設ける必要がなく、回路面積や消費電力の増大を抑制することができる。 As described above, even when there are three or more analog signals to be output, the predetermined current generated by receiving the gain control signal that controls the gain is a plurality of output currents according to the value of the input digital signal. And is divided into non-output current. Therefore, it is not necessary to provide a slope D / A conversion unit for each gain, and an increase in circuit area and power consumption can be suppressed.
<4.その他>
<カラムA/D変換>
なお、以上においては、カラムA/D変換部162が画素アレイ101のカラム毎に設けられるように説明したが、カラムA/D変換部162の数は任意であり、画素アレイ101のカラム数より多くても少なくてもよい。例えば、カラムA/D変換部162が複数カラム毎に設けられるようにしてもよいし、1カラムのアナログ信号が、複数のカラムA/D変換部162によりA/D変換されるようにしてもよい。<4. Others>
<Column A / D conversion>
In the above, it has been described that the column A /
<エリアA/D変換>
また、以上においては、各単位画素から読み出されたアナログ信号がカラムA/D変換部162により(すなわち、カラム毎に)A/D変換されるように説明したが、A/D変換部の構成はこれに限定されない。例えば、画素アレイ101において、所定数の単位画素121毎に画素ユニットが形成されるようにし、この画素ユニット毎にA/D変換部(エリアA/D変換部とも称する)を設け、各単位画素から読み出されたアナログ信号がこのエリアA/D変換部により(すなわち、画素ユニット毎に)A/D変換されるようにしてもよい。<Area A / D conversion>
Further, in the above description, the analog signal read from each unit pixel is A / D converted by the column A / D conversion unit 162 (that is, for each column), but the A / D conversion unit The configuration is not limited to this. For example, in the
画素ユニットは、複数の単位画素(例えばY行X列(X,Yは、それぞれ任意の自然数))により構成される単位画素群である。画素ユニットは、画素アレイ101全体に形成され、各単位画素121は、いずれかの画素ユニットに属する。つまり、画素ユニットは、画素アレイ101からなる画素領域を複数に分割する部分領域に含まれる単位画素群である。なお、画素ユニットのサイズ(画素ユニットに含まれる単位画素121の数)や形状は任意である。各画素ユニットのサイズ(単位画素121の数)や形状が互いに同一でなくてもよい。
The pixel unit is a unit pixel group composed of a plurality of unit pixels (for example, Y rows and X columns (X and Y are arbitrary natural numbers)). The pixel unit is formed in the
各単位画素から読み出されたアナログ信号(例えば画素信号)は、画素ユニット毎に設けられた信号線を介してエリアA/D変換部に供給される。エリアA/D変換部は、上述したカラムA/D変換部162やカラムA/D変換部411と同様に、参照信号生成部163が生成する複数の参照信号を利用して、各単位画素から読み出されたアナログ信号を画素ユニット毎にA/D変換する。
The analog signal (for example, a pixel signal) read from each unit pixel is supplied to the area A / D conversion unit via a signal line provided for each pixel unit. Similar to the column A /
このような場合においても、参照信号生成部163が、上述した各実施の形態において説明したような構成を有するようにしてもよい。つまり、画素ユニット毎にA/D変換を行う場合にも、本技術を適用することができ、上述した各実施の形態の場合と同様の効果を得ることができる。
Even in such a case, the reference
<その他信号>
また、本技術は、例えば、画素アレイ101の全ての単位画素から読み出されたアナログ信号を1つのA/D変換部においてA/D変換する場合にも適用することができる。つまり、本技術は、複数系統の参照信号を生成する参照信号生成部であれば適用することができ、その複数系統の参照信号がどのようなA/D変換部により利用されるようにしてもよい。<Other signals>
The present technology can also be applied to, for example, a case where analog signals read from all unit pixels of the
また、本技術を適用して生成される参照信号は、任意の信号のA/D変換に利用することができ、例えば、単位画素から読み出されたアナログ信号以外の信号のA/D変換に用いられるようにしてもよい。すなわち、本技術は、イメージセンサに限らず、任意のデバイスに適用することができる。さらに、本技術を適用して生成される信号は、A/D変換部により利用される参照信号でなくてもよい。つまり、本技術は、複数系統の任意の信号を生成する場合に適用することができる。 Further, the reference signal generated by applying this technology can be used for A / D conversion of an arbitrary signal, for example, for A / D conversion of a signal other than an analog signal read from a unit pixel. It may be used. That is, the present technology can be applied not only to an image sensor but also to any device. Further, the signal generated by applying the present technology does not have to be the reference signal used by the A / D converter. That is, the present technology can be applied when generating arbitrary signals of a plurality of systems.
<多層構造>
また、イメージセンサ100の回路構成は、単数の半導体基板に形成されるようにしてもよいし、複数の半導体基板に形成されるようにしてもよい。例えば、イメージセンサ100が、複数の半導体基板が互いに重畳された多層構造の半導体基板を有し、図1等に示したイメージセンサ100の回路構成が、それらの半導体基板に形成されるようにしてもよい。例えば、第1の半導体基板に画素アレイ101が形成され、第2の半導体基板に列並列処理部102(カラムA/D変換部162や参照信号生成部163等)が形成されるようにしてもよい。半導体基板の数、各半導体基板の形状や大きさ、どの半導体基板にどの構成が形成されるか等は任意である。<Multi-layer structure>
Further, the circuit configuration of the
<撮像装置>
本技術は、任意のシステム、装置、処理部等に適用することができる。例えば、本技術を、撮像素子を用いる撮像装置に適用してもよい。図25は、本技術を適用した電子機器の一例としての撮像装置の主な構成例を示すブロック図である。図25に示される撮像装置600は、被写体を撮像し、その被写体の動画像や静止画像を画像データとして出力する装置である。<Imaging device>
This technology can be applied to any system, device, processing unit, etc. For example, the present technology may be applied to an image pickup apparatus using an image pickup device. FIG. 25 is a block diagram showing a main configuration example of an image pickup apparatus as an example of an electronic device to which the present technology is applied. The
図25に示されるように撮像装置600は、光学部611、CMOSイメージセンサ612、画像処理部613、表示部614、コーデック処理部615、記憶部616、出力部617、通信部618、制御部621、操作部622、およびドライブ623を有する。
As shown in FIG. 25, the
光学部611は、撮像の際の光学に関する処理を行う。例えば、光学部611は、被写体までの焦点を調整し、焦点が合った位置からの光を集光するレンズ、露出を調整する絞り、および、撮像のタイミングを制御するシャッタ等を有する。CMOSイメージセンサ612による被写体の撮像は、この光学部611を介して行われる。つまり、被写体からの光(入射光)は、この光学部611を介してCMOSイメージセンサ612に供給される。
The
CMOSイメージセンサ612は、撮像素子であり、被写体の撮像に関する処理を行う。例えば、CMOSイメージセンサ612は、被写体からの光を受光し、それを光電変換して、画素毎のアナログ信号(画素信号)を生成し、それをA/D変換してデジタルデータ(画像データ)を生成することができる。また、CMOSイメージセンサ612は、画像データに対してCDS(Correlated Double Sampling)等の信号処理を行い、処理後の画像データを画像処理部613に供給することができる。
The
画像処理部613は、画像データに対する画像処理に関する処理を行う。例えば、画像処理部613は、画像データに対して画像処理を行うことができる。この画像処理の内容は任意である。例えば、画像処理部613は、混色補正や、黒レベル補正、ホワイトバランス調整、デモザイク処理、マトリックス処理、ガンマ補正、YC変換等を行うことができる。また、例えば、画像処理部613は、画像データを表示部614やコーデック処理部615に供給することができる。さらに、例えば、画像処理部613は、コーデック処理部615から画像データを取得することもできる。例えば、画像処理部613は、CMOSイメージセンサ612により得られた画像データに対して所定の画像処理を施し、画像処理を施した画像データを表示部614やコーデック処理部615に供給することができる。また、例えば、画像処理部613は、コーデック処理部615から供給された画像データに対して所定の画像処理を施し、画像処理を施した画像データを表示部614やコーデック処理部615に供給することができる。
The
表示部614は、例えば、液晶ディスプレイ等を有し、画像の表示に関する処理を行う。例えば、表示部614は、画像処理部613から供給される画像データの画像(例えば、被写体の画像)を表示することができる。
The
コーデック処理部615は、画像データの符号化・復号に関する処理を行う。例えば、コーデック処理部615は、画像データを符号化し、符号化データを生成することができる。例えば、コーデック処理部615は、画像処理部613、記憶部616、通信部618等から画像データを取得してそれを符号化して符号化データを生成することができる。また、例えば、コーデック処理部615は、符号化データを復号し、復号画像の画像データを生成することができる。例えば、コーデック処理部615は、記憶部616や通信部618等から符号化データを取得してそれを復号して復号画像の画像データを生成することができる。さらに、例えば、コーデック処理部615は、画像データや符号化データを、画像処理部613、記憶部616、出力部617、通信部618等に供給することができる。
The
記憶部616は、例えばハードディスクや半導体メモリ等を有し、符号化データや画像データの記憶に関する処理を行う。例えば、記憶部616は、コーデック処理部615から供給される符号化データや画像データ等を記憶することができる。また、例えば、記憶部616は、所定のタイミングにおいてまたはコーデック処理部615等の要求に応じて、記憶している符号化データや画像データを読み出し、コーデック処理部615に供給することができる。
The
出力部617は、例えば外部出力端子等の外部出力インタフェースを有し、画像データや符号化データの出力に関する処理を行う。例えば、出力部617は、コーデック処理部615から供給される画像データや符号化データを撮像装置600の外部(例えば他の装置やリムーバブルメディア等)に出力することができる。
The
通信部618は、所定の通信規格の通信インタフェースを有し、他の装置とのデータの送受信に関する処理を行う。例えば、通信部618は、コーデック処理部615から供給される画像データや符号化データ等の各種情報を、所定の通信(有線通信若しくは無線通信)の通信相手である他の装置に供給することができる。また、例えば、通信部618は、所定の通信(有線通信若しくは無線通信)の通信相手である他の装置から、画像データや符号化データ等の各種情報を取得し、それをコーデック処理部615に供給することができる。
The
制御部621は、撮像装置600の各処理部(点線620内に示される各処理部、操作部622、並びに、ドライブ623)の動作を制御する。
The
操作部622は、例えば、ジョグダイヤル(商標)、キー、ボタン、またはタッチパネル等の任意の入力デバイスにより構成され、例えばユーザ等による操作入力を受け、その操作入力に対応する信号を制御部621に供給する。
The
ドライブ623は、自身に装着された、例えば、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、または半導体メモリなどのリムーバブルメディア624に記憶されている情報を読み出す。ドライブ623は、リムーバブルメディア624からプログラムやデータ等の各種情報を読み出し、それを制御部621に供給する。また、ドライブ623は、書き込み可能なリムーバブルメディア624が自身に装着された場合、制御部621を介して供給される、例えば画像データや符号化データ等の各種情報を、そのリムーバブルメディア624に記憶させることができる。
The
以上のような撮像装置600のCMOSイメージセンサ612として、各実施の形態において上述した本技術を適用するようにしてもよい。すなわち、CMOSイメージセンサ612として、上述したイメージセンサ100を適用してもよい。これにより、CMOSイメージセンサ612は、イメージセンサ100と同様の効果を得ることができる。したがって、撮像装置600も同様の効果を得ることができる。
As the
<本技術の適用分野>
本技術を適用したシステム、装置、処理部等は、例えば、交通、医療、防犯、農業、畜産業、鉱業、美容、工場、家電、気象、自然監視等、任意の分野に利用することができる。<Applicable fields of this technology>
Systems, devices, processing units, etc. to which this technology is applied can be used in any field such as transportation, medical care, crime prevention, agriculture, livestock industry, mining, beauty, factories, home appliances, weather, nature monitoring, etc. ..
例えば、本技術は、画像の鑑賞の用に供されるシステムやデバイスにも適用することができる。また、例えば、本技術は、交通の用に供されるシステムやデバイスにも適用することができる。さらに、例えば、本技術は、セキュリティの用に供されるシステムやデバイスにも適用することができる。また、例えば、本技術は、スポーツの用に供されるシステムやデバイスにも適用することができる。さらに、例えば、本技術は、農業の用に供されるシステムやデバイスにも適用することができる。また、例えば、本技術は、畜産業の用に供されるシステムやデバイスにも適用することができる。さらに、例えば、本技術は、火山、森林、海洋等の自然の状態を監視するシステムやデバイスにも適用することができる。また、本技術は、気象観測の用に供されるシステムやデバイスに適用することができる。さらに、本技術は、例えば鳥類、魚類、ハ虫類、両生類、哺乳類、昆虫、植物等の野生生物の生態を観測するシステムやデバイス等にも適用することができる。 For example, the present technology can be applied to systems and devices used for viewing images. In addition, for example, the present technology can be applied to systems and devices used for transportation. Further, for example, the present technology can be applied to systems and devices used for security purposes. In addition, for example, the present technology can be applied to systems and devices used for sports. Further, for example, the present technology can be applied to systems and devices used for agriculture. In addition, for example, the present technology can be applied to systems and devices used in the livestock industry. Further, for example, the present technology can be applied to systems and devices for monitoring natural conditions such as volcanoes, forests, and oceans. In addition, this technology can be applied to systems and devices used for meteorological observation. Furthermore, this technology can be applied to systems and devices for observing the ecology of wildlife such as birds, fish, reptiles, amphibians, mammals, insects, and plants.
<その他>
本技術の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本技術の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。<Others>
The embodiment of the present technology is not limited to the above-described embodiment, and various changes can be made without departing from the gist of the present technology.
例えば、本明細書において、システムとは、複数の構成要素(装置、モジュール(部品)等)の集合を意味し、全ての構成要素が同一筐体中にあるか否かは問わない。したがって、別個の筐体に収納され、ネットワークを介して接続されている複数の装置、及び、1つの筐体の中に複数のモジュールが収納されている1つの装置は、いずれも、システムである。 For example, in the present specification, the system means a set of a plurality of components (devices, modules (parts), etc.), and it does not matter whether all the components are in the same housing. Therefore, a plurality of devices housed in separate housings and connected via a network, and a device in which a plurality of modules are housed in one housing are both systems. ..
また、例えば、1つの装置(または処理部)として説明した構成を分割し、複数の装置(または処理部)として構成するようにしてもよい。逆に、以上において複数の装置(または処理部)として説明した構成をまとめて1つの装置(または処理部)として構成されるようにしてもよい。また、各装置(または各処理部)の構成に上述した以外の構成を付加するようにしてももちろんよい。さらに、システム全体としての構成や動作が実質的に同じであれば、ある装置(または処理部)の構成の一部を他の装置(または他の処理部)の構成に含めるようにしてもよい。 Further, for example, the configuration described as one device (or processing unit) may be divided and configured as a plurality of devices (or processing units). On the contrary, the configurations described above as a plurality of devices (or processing units) may be collectively configured as one device (or processing unit). Further, of course, a configuration other than the above may be added to the configuration of each device (or each processing unit). Further, if the configuration and operation of the entire system are substantially the same, a part of the configuration of one device (or processing unit) may be included in the configuration of another device (or other processing unit). ..
なお、本明細書において複数説明した本技術は、矛盾が生じない限り、それぞれ独立に単体で実施することができる。もちろん、任意の複数の本技術を併用して実施することもできる。例えば、いずれかの実施の形態において説明した本技術を、他の実施の形態において説明した本技術と組み合わせて実施することもできる。また、上述した任意の本技術を、上述していない他の技術と併用して実施することもできる。 It should be noted that the present techniques described in the present specification can be independently implemented independently as long as there is no contradiction. Of course, any plurality of the present technologies can be used in combination. For example, the present technology described in any of the embodiments can be implemented in combination with the present technology described in the other embodiments. In addition, any of the above-mentioned techniques can be carried out in combination with other techniques not described above.
なお、本技術は以下のような構成も取ることができる。
(1) デジタル信号をアナログ信号に変換するD/A変換部であって、ゲインを制御するゲイン制御信号を受けて生成される所定の電流を、入力されたデジタル信号の値に応じて複数の出力電流および非出力電流に分割し、前記複数の出力電流を複数のアナログ信号として出力する第1のD/A変換部
を備える信号処理装置。
(2) 前記第1のD/A変換部は、前記電流を前記デジタル信号の値に応じて第1の出力電流と第1の非出力電流に分割し、前記第1の非出力電流を前記デジタル信号の値に応じて第2の出力電流と第2の非出力電流に分割し、前記第1の出力電流および前記第2の出力電流をそれぞれ出力する
(1)に記載の信号処理装置。
(3) 前記デジタル信号の値は、時間方向に、前記第1の出力電流を増大させ、かつ、前記第2の出力電流を低減させるように変化する
(1)または(2)に記載の信号処理装置。
(4) 前記デジタル信号の値は、時間方向に、前記第1の出力電流および前記第2の出力電流を増大させるように変化する
(1)乃至(3)のいずれかに記載の信号処理装置。
(5) 前記ゲイン制御信号を受けて前記電流を生成する電流源をさらに備える
(1)乃至(4)のいずれかに記載の信号処理装置。
(6) 前記第1のD/A変換部は、前記デジタル信号を制御信号として駆動し、前記アナログ信号が出力される複数の出力端子のそれぞれに接続される各信号線、並びに、電圧源に接続される信号線と、前記電流源との接続を制御するスイッチを有する
(1)乃至(5)のいずれかに記載の信号処理装置。
(7) 前記第1のD/A変換部は、並列に構成される複数の前記スイッチを有し、各信号線と前記電流源とを接続する前記スイッチの数の比に応じて、前記電流を、前記複数の出力電流および前記非出力電流に分割する
(1)乃至(6)のいずれかに記載の信号処理装置。
(8) 前記複数の出力電流のそれぞれに対して、前記出力電流を電圧に変換する抵抗をさらに備える
(1)乃至(7)のいずれかに記載の信号処理装置。
(9) 各出力電流に対応する前記抵抗の抵抗値は、互いに異なる
(1)乃至(8)のいずれかに記載の信号処理装置。
(10) デジタル信号をアナログ信号に変換する変換部であって、ゲインを制御するゲイン制御信号を受けて生成される所定の電流を、入力された前記デジタル信号の値に応じて単数の出力電流および非出力電流に分割し、前記出力電流を用いて、前記第1のD/A変換部より出力されるアナログ信号の信号レベルを制御する第2のD/A変換部をさらに備える
(1)乃至(9)のいずれかに記載の信号処理装置。
(11) 前記ゲイン制御信号を生成して前記第1のD/A変換部に供給し、ゲインを制御するゲイン制御部をさらに備える
(1)乃至(10)のいずれかに記載の信号処理装置。
(12) 前記デジタル信号を生成し、前記第1のD/A変換部に供給するデジタル信号生成部をさらに備える
(1)乃至(11)のいずれかに記載の信号処理装置。
(13) 前記第1のD/A変換部より出力される前記複数のアナログ信号を参照信号として利用して、アナログ信号をデジタル信号に変換するA/D変換部をさらに備える
(1)乃至(12)のいずれかに記載の信号処理装置。
(14) 前記A/D変換部は、前記複数のアナログ信号を参照信号として利用することにより、ゲインを適応的に切り替えることができるように構成される
(1)乃至(13)のいずれかに記載の信号処理装置。
(15) 前記複数のアナログ信号は、互いに異なる前記A/D変換部により利用される
(1)乃至(14)のいずれかに記載の信号処理装置。
(16) 前記A/D変換部は、複数の単位画素が行列状に配置される画素アレイのカラム毎に備えられ、自身に対応するカラムの各画素から読み出された画素信号を、アナログ信号からデジタル信号に変換する
(1)乃至(15)のいずれかに記載の信号処理装置。
(17) 前記A/D変換部は、複数の単位画素が行列状に配置される画素アレイのエリア毎に備えられ、自身に対応するエリアの各画素から読み出された画素信号を、アナログ信号からデジタル信号に変換する
(1)乃至(16)のいずれかに記載の信号処理装置。
(18) ゲインを制御するゲイン制御信号を受けて生成される所定の電流を、入力されたデジタル信号の値に応じて複数の出力電流および非出力電流に分割し、前記複数の出力電流を複数のアナログ信号として出力する
信号処理方法。
(19) 複数の単位画素が行列状に配置される画素アレイと、
デジタル信号をアナログ信号に変換するD/A変換部であって、ゲインを制御するゲイン制御信号を受けて生成される所定の電流を、入力されたデジタル信号の値に応じて複数の出力電流および非出力電流に分割し、前記複数の出力電流を複数のアナログ信号として出力するD/A変換部と、
前記D/A変換部より出力される前記複数のアナログ信号を参照信号として利用して、アナログ信号である前記画素アレイから読み出された画素信号をデジタル信号に変換するA/D変換部と
を備える撮像素子。
(20) 被写体を撮像する撮像部と、
前記撮像部による撮像により得られた画像データを画像処理する画像処理部と
を備え、
前記撮像部は、
複数の単位画素が行列状に配置される画素アレイと、
デジタル信号をアナログ信号に変換するD/A変換部であって、ゲインを制御するゲイン制御信号を受けて生成される所定の電流を、入力されたデジタル信号の値に応じて複数の出力電流および非出力電流に分割し、前記複数の出力電流を複数のアナログ信号として出力するD/A変換部と、
前記D/A変換部より出力される前記複数のアナログ信号を参照信号として利用して、アナログ信号である前記画素アレイから読み出された画素信号をデジタル信号に変換するA/D変換部と
を備える電子機器。The present technology can also have the following configurations.
(1) A D / A conversion unit that converts a digital signal into an analog signal, and a plurality of predetermined currents generated in response to a gain control signal that controls gain, depending on the value of the input digital signal. A signal processing device including a first D / A conversion unit that divides into an output current and a non-output current and outputs the plurality of output currents as a plurality of analog signals.
(2) The first D / A conversion unit divides the current into a first output current and a first non-output current according to the value of the digital signal, and divides the first non-output current into the first non-output current. The signal processing device according to (1), wherein the second output current and the second non-output current are divided according to the value of the digital signal, and the first output current and the second output current are output, respectively.
(3) The signal according to (1) or (2), wherein the value of the digital signal changes in the time direction so as to increase the first output current and decrease the second output current. Processing equipment.
(4) The signal processing apparatus according to any one of (1) to (3), wherein the value of the digital signal changes in the time direction so as to increase the first output current and the second output current. ..
(5) The signal processing apparatus according to any one of (1) to (4), further comprising a current source that receives the gain control signal and generates the current.
(6) The first D / A conversion unit drives the digital signal as a control signal, and connects to each signal line connected to each of a plurality of output terminals to which the analog signal is output, and a voltage source. The signal processing apparatus according to any one of (1) to (5), which has a switch for controlling the connection between the connected signal line and the current source.
(7) The first D / A conversion unit has a plurality of the switches configured in parallel, and the current corresponds to the ratio of the number of the switches connecting each signal line and the current source. The signal processing apparatus according to any one of (1) to (6).
(8) The signal processing apparatus according to any one of (1) to (7), further comprising a resistor for converting the output current into a voltage for each of the plurality of output currents.
(9) The signal processing apparatus according to any one of (1) to (8), wherein the resistance values of the resistors corresponding to each output current are different from each other.
(10) A conversion unit that converts a digital signal into an analog signal, and a predetermined current generated by receiving a gain control signal that controls the gain is a single output current according to the value of the input digital signal. A second D / A conversion unit is further provided, which is divided into a non-output current and the output current is used to control the signal level of the analog signal output from the first D / A conversion unit (1). The signal processing apparatus according to any one of (9) to (9).
(11) The signal processing apparatus according to any one of (1) to (10), further comprising a gain control unit that generates the gain control signal, supplies the gain control signal to the first D / A conversion unit, and controls the gain. ..
(12) The signal processing device according to any one of (1) to (11), further comprising a digital signal generation unit that generates the digital signal and supplies the digital signal to the first D / A conversion unit.
(13) An A / D conversion unit that converts an analog signal into a digital signal by using the plurality of analog signals output from the first D / A conversion unit as a reference signal is further provided (1) to (1) to ( 12) The signal processing apparatus according to any one of.
(14) The A / D conversion unit is configured to be configured to be able to adaptively switch the gain by using the plurality of analog signals as reference signals (1) to (13). The signal processing device described.
(15) The signal processing device according to any one of (1) to (14), wherein the plurality of analog signals are used by the A / D converters that are different from each other.
(16) The A / D conversion unit is provided for each column of the pixel array in which a plurality of unit pixels are arranged in a matrix, and a pixel signal read from each pixel of the column corresponding to itself is converted into an analog signal. The signal processing apparatus according to any one of (1) to (15).
(17) The A / D conversion unit is provided for each area of the pixel array in which a plurality of unit pixels are arranged in a matrix, and a pixel signal read from each pixel in the area corresponding to itself is converted into an analog signal. The signal processing apparatus according to any one of (1) to (16).
(18) A predetermined current generated by receiving a gain control signal for controlling gain is divided into a plurality of output currents and a non-output current according to the value of the input digital signal, and the plurality of output currents are divided into a plurality of output currents. A signal processing method that outputs as an analog signal of.
(19) A pixel array in which a plurality of unit pixels are arranged in a matrix and
It is a D / A converter that converts a digital signal into an analog signal, and a predetermined current generated by receiving a gain control signal that controls the gain is subjected to a plurality of output currents and a plurality of output currents according to the value of the input digital signal. A D / A converter that divides into non-output currents and outputs the plurality of output currents as a plurality of analog signals.
An A / D conversion unit that converts a pixel signal read from the pixel array, which is an analog signal, into a digital signal by using the plurality of analog signals output from the D / A conversion unit as reference signals. An image pickup element to be provided.
(20) An imaging unit that captures the subject and
It is provided with an image processing unit that processes image data obtained by imaging by the imaging unit.
The imaging unit
A pixel array in which multiple unit pixels are arranged in a matrix, and
It is a D / A converter that converts a digital signal into an analog signal, and a predetermined current generated by receiving a gain control signal that controls the gain is subjected to a plurality of output currents and a plurality of output currents according to the value of the input digital signal. A D / A converter that divides into non-output currents and outputs the plurality of output currents as a plurality of analog signals.
An A / D conversion unit that converts a pixel signal read from the pixel array, which is an analog signal, into a digital signal by using the plurality of analog signals output from the D / A conversion unit as reference signals. Electronic equipment to be equipped.
100 イメージセンサ, 101 画素アレイ, 102 列並列処理部, 103 バス, 104 出力端子, 111 システム制御部, 112 行走査部, 113 列走査部, 121 単位画素, 122 垂直信号線, 123 信号線, 124および125 制御線, 131乃至133 制御線, 151 フォトダイオード, 152 転送トランジスタ, 153 リセットトランジスタ, 154 増幅トランジスタ, 155 選択トランジスタ, 156 フローティングディフュージョン, 161 バイアス回路, 162 カラムA/D変換部, 163 参照信号生成部, 164 参照信号線, 171 比較部, 172 カウンタ, 173 判定値ラッチ, 174 セレクタ, 175および176 キャパシタ, 201 定電圧生成部, 202 ゲイン制御デコーダ, 203 ゲイン制御D/A変換部, 204 カレントミラー, 205 スロープD/A変換部T, 206および207 スロープD/A変換部B, 208および209 抵抗, 211 分周器, 212 NOTゲート, 213 シフトレジスタ, 221 分周器, 222 NOTゲート, 223 シフトレジスタ, 224および225 NOTゲート, 231 スロープD/A変換部T, 232 スロープD/A変換部, 233 ゲイン制御部, 234 デジタル信号生成部, 251 PMOS電流源, 252 PMOSスイッチ, 253 PMOSスイッチ, 254 NOTゲート, 261 NMOSFET, 271乃至273 NMOSスイッチ, 274 NOTゲート, 275および276 NORゲート, 277 NMOS電流源, 281 スイッチ, 282 D/A変換部, 301および302 NMOSスイッチ, 303 NOTゲート, 304 NMOS電流源, 311および312 NMOSスイッチ, 313 NOTゲート, 314 NMOS電流源, 331 フリップフロップ, 332 シフトレジスタ初期値制御信号デコーダ, 411 カラムA/D変換部, 421 比較部, 422 カウンタ, 423および424 キャパシタ, 431 比較部, 432 カウンタ, 433および434 キャパシタ, 505 スロープD/A変換部T, 518 スロープD/A変換部B, 520 抵抗, 531 分周器, 532 NOTゲート, 533 シフトレジスタ, 541 スロープD/A変換部T, 542 スロープD/A変換部, 544 デジタル信号生成部, 551 NMOSスイッチ, 561 NOTゲート, 562 NORゲート, 563 NOTゲート, 564 NORゲート, 565 NORゲート, 581 スイッチ, 582 D/A変換部, 600 撮像装置, 612 CMOSイメージセンサ 100 image sensor, 101 pixel array, 102 column parallel processing unit, 103 bus, 104 output terminal, 111 system control unit, 112 line scanning unit, 113 column scanning unit, 121 unit pixel, 122 vertical signal line, 123 signal line, 124 And 125 control lines, 131 to 133 control lines, 151 photodiodes, 152 transfer transistors, 153 reset transistors, 154 amplification transistors, 155 selection transistors, 156 floating diffusion, 161 bias circuits, 162 column A / D converters, 163 reference signals. Generation unit, 164 reference signal line, 171 comparison unit, 172 counter, 173 judgment value latch, 174 selector, 175 and 176 transistors, 201 constant voltage generation unit, 202 gain control decoder, 203 gain control D / A conversion unit, 204 current Mirror, 205 Slope D / A converter T, 206 and 207 Slope D / A converter B, 208 and 209 gains, 211 divider, 212 NOT gate, 213 shift register, 221 divider, 222 NOT gate, 223 Shift register, 224 and 225 NOT gate, 231 slope D / A conversion unit T, 232 slope D / A conversion unit, 233 gain control unit, 234 digital signal generation unit, 251 facsimile current source, 252 facsimile switch, 253 facsimile switch, 254 NOT gates, 261 N MOSFETs, 271 to 273 NMOS switches, 274 NOT gates, 275 and 276 NOR gates, 277 javax current sources, 281 switches, 282 D / A converters, 301 and 302 NMOS switches, 303 NOT gates, 304 NMOS Current source, 311 and 312 NMOS switches, 313 NOT gate, 314 javax current source, 331 flip flop, 332 shift register first Period value control signal decoder, 411 column A / D conversion unit, 421 comparison unit, 422 counter, 423 and 424 capacitors, 431 comparison unit, 432 counter, 433 and 434 capacitors, 505 slope D / A conversion unit T, 518 slope D / A converter B, 520 resistor, 531 divider, 532 NOT gate, 533 shift counter, 541 slope D / A converter T, 542 slope D / A converter, 544 digital signal generator, 551 NMOS switch, 561 NOT gate, 562 NOR gate, 563 NOT gate, 564 NOR gate, 565 NOR gate, 581 switch, 582 D / A converter, 600 image pickup device, 612 CMOS image sensor
Claims (19)
を備える信号処理装置。 It is a D / A converter that converts a digital signal into an analog signal, and the predetermined current generated by receiving the gain control signal that controls the gain is the first output current according to the value of the input digital signal. And the first non-output current, and the first non-output current is divided into a second output current and a second non-output current according to the value of the digital signal. A signal processing device including a first D / A conversion unit that outputs each of the second output currents as an analog signal.
請求項1に記載の信号処理装置。 The signal processing device according to claim 1, wherein the value of the digital signal changes in the time direction so as to increase the first output current and decrease the second output current.
請求項1に記載の信号処理装置。 The value of the digital signal changes in the time direction so as to increase the first output current and the second output current.
The signal processing device according to claim 1.
請求項1に記載の信号処理装置。 Further provided with a current source that receives the gain control signal and generates the current.
The signal processing device according to claim 1.
請求項4に記載の信号処理装置。 The first D / A conversion unit drives the digital signal as a control signal, and is connected to each signal line connected to each of a plurality of output terminals to which the analog signal is output, and a voltage source. It has a switch that controls the connection between the signal line and the current source.
The signal processing device according to claim 4.
請求項5に記載の信号処理装置。 The first D / A conversion unit has a plurality of the switches configured in parallel, and applies the current according to the ratio of the number of the switches connecting each signal line and the current source. The signal processing device according to claim 5, wherein the signal processing device is divided into a plurality of output currents and the non-output current.
請求項1に記載の信号処理装置。 For each of the plurality of output currents, a resistor for converting the output current into a voltage is further provided.
The signal processing device according to claim 1.
請求項7に記載の信号処理装置。 The resistance values of the resistors corresponding to each output current are different from each other.
The signal processing device according to claim 7.
請求項1に記載の信号処理装置。 A conversion unit that converts a digital signal into an analog signal, and a predetermined current generated by receiving a gain control signal that controls the gain, with a single output current and non-output according to the value of the input digital signal. A second D / A conversion unit is further provided, which is divided into currents and uses the output current to control the signal level of the analog signal output from the first D / A conversion unit.
The signal processing device according to claim 1.
請求項1に記載の信号処理装置。 The signal processing device according to claim 1, further comprising a gain control unit that generates the gain control signal, supplies the gain control signal to the first D / A conversion unit, and controls the gain.
請求項1に記載の信号処理装置。 The signal processing device according to claim 1, further comprising a digital signal generation unit that generates the digital signal and supplies the digital signal to the first D / A conversion unit.
請求項1に記載の信号処理装置。 The signal processing according to claim 1, further comprising an A / D conversion unit that converts an analog signal into a digital signal by using the plurality of analog signals output from the first D / A conversion unit as reference signals. apparatus.
請求項12に記載の信号処理装置。 The A / D conversion unit is configured so that the gain can be adaptively switched by using the plurality of analog signals as reference signals.
The signal processing device according to claim 12.
請求項12に記載の信号処理装置。 The plurality of analog signals are used by the A / D converters that are different from each other.
The signal processing device according to claim 12.
請求項12に記載の信号処理装置。 The A / D conversion unit is provided for each column of the pixel array in which a plurality of unit pixels are arranged in a matrix, and a pixel signal read from each pixel of the column corresponding to itself is converted from an analog signal to a digital signal. Convert to
The signal processing device according to claim 12.
請求項12に記載の信号処理装置。 The A / D conversion unit is provided for each area of the pixel array in which a plurality of unit pixels are arranged in a matrix, and a pixel signal read from each pixel in the area corresponding to itself is converted from an analog signal to a digital signal. Convert to
The signal processing device according to claim 12.
信号処理方法。Signal processing method.
デジタル信号をアナログ信号に変換するD/A変換部であって、ゲインを制御するゲイン制御信号を受けて生成される所定の電流を、入力されたデジタル信号の値に応じて第1の出力電流と第1の非出力電流に分割し、前記第1の非出力電流を前記デジタル信号の値に応じて第2の出力電流と第2の非出力電流に分割し、前記第1の出力電流および前記第2の出力電流をそれぞれアナログ信号として出力するD/A変換部と、
前記D/A変換部より出力される前記複数のアナログ信号を参照信号として利用して、アナログ信号である前記画素アレイから読み出された画素信号をデジタル信号に変換するA/D変換部と
を備える撮像素子。 A pixel array in which multiple unit pixels are arranged in a matrix, and
It is a D / A converter that converts a digital signal into an analog signal, and the predetermined current generated by receiving the gain control signal that controls the gain is the first output current according to the value of the input digital signal. And the first non-output current, and the first non-output current is divided into a second output current and a second non-output current according to the value of the digital signal. A D / A converter that outputs the second output current as an analog signal, and
An A / D conversion unit that converts a pixel signal read from the pixel array, which is an analog signal, into a digital signal by using the plurality of analog signals output from the D / A conversion unit as reference signals.
An image sensor comprising.
前記撮像部による撮像により得られた画像データを画像処理する画像処理部と
を備え、
前記撮像部は、
複数の単位画素が行列状に配置される画素アレイと、
デジタル信号をアナログ信号に変換するD/A変換部であって、ゲインを制御するゲイン制御信号を受けて生成される所定の電流を、入力されたデジタル信号の値に応じて第1の出力電流と第1の非出力電流に分割し、前記第1の非出力電流を前記デジタル信号の値に応じて第2の出力電流と第2の非出力電流に分割し、前記第1の出力電流および前記第2の出力電流をそれぞれアナログ信号として出力するD/A変換部と、
前記D/A変換部より出力される前記複数のアナログ信号を参照信号として利用して、アナログ信号である前記画素アレイから読み出された画素信号をデジタル信号に変換するA/D変換部と
を備える電子機器。 An imaging unit that captures the subject and
An image processing unit that processes image data obtained by imaging by the imaging unit
With
The imaging unit
A pixel array in which multiple unit pixels are arranged in a matrix, and
It is a D / A converter that converts a digital signal into an analog signal, and the predetermined current generated by receiving the gain control signal that controls the gain is the first output current according to the value of the input digital signal. And the first non-output current, and the first non-output current is divided into a second output current and a second non-output current according to the value of the digital signal. A D / A converter that outputs the second output current as an analog signal, and
An A / D conversion unit that converts a pixel signal read from the pixel array, which is an analog signal, into a digital signal by using the plurality of analog signals output from the D / A conversion unit as reference signals. Electronic equipment to be equipped.
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